VRS (Virtual Reference Station)

VRS è l‟acronimo di Virtual Reference Station (Stazione di riferimento virtuale) ed è una metodologia di rilievo RTK.

Il sistema VRS nasce per supplire alle limitazioni del rilievo RTK, come la copertura limitata ed il sistema di riferimento.

La realizzazione di stazioni virtuali può essere eseguita in due modi differenti, sia nella modalità di realizzazione che di precisioni raggiungibili:

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• Un centro di controllo (master), note le osservazioni nelle stazioni permanenti della rete, interpola le correzioni nella posizione approssimata del ricevitore mobile (rover), ovvero in una stazione virtuale teoricamente molto vicina alla sua posizione reale. Questo sistema richiede una comunicazione a due vie tra il rover e il master: il rover invia al master la sua posizione approssimata (via messaggi NMEA), e dal master riceve delle correzioni “personalizzate”.

• Il master, note le osservazioni nelle stazioni permanenti della rete, interpola le correzioni in un numero limitato di stazioni virtuali, disposte sul territorio in modo da infittire la rete. Il rover applica le correzioni della stazione di riferimento (reale o virtuale) più vicina. Questo sistema è di più semplice gestione, non essendo più necessario conoscere nel master la posizione approssimata del rover. Le precisioni raggiunte sono tuttavia inferiori.

Le VRS utilizzano gli standard RTCM per la trasmissione delle correzioni. La modalità a due vie è, almeno al momento attuale, la più diffusa, e il meccanismo di funzionamento può essere spiegato come segue.

Il rover invia al centro di controllo, dove è installato il software GPSnet, un messaggio NMEA (National Marine Electronics Association) con la propria posizione approssimativa attraverso una connessione telefonica.

Per avere una corretta modellazione dei parametri troposferici per la quota della stazione rover e, al tempo stesso, ottenere una rapida inizializzazione, è necessario il posizionamento differenziale del rover, quindi il centro di controllo accetterà la posizione e risponderà inviando in questa prima fase le correzioni di codice (RTCM) al rover.

Appena ricevute il rover calcola la propria posizione in DGPS e, tramite NMEA, invia questa definitiva e corretta posizione al centro di controllo.

Avendo così definito la posizione della stazione virtuale, ha inizio la spedizione dei dati in continuo utilizzando il formato RTCM e le nuove correzioni sono calcolate come se fossero provenienti da una stazione di riferimento collocata accanto al rover.

La seconda modalità operativa, invece, che consiste nel definire una serie di stazioni virtuali di raffittimento di posizione fissa, è di più semplice realizzazione e non richiede una comunicazione a due vie. In questo caso il rover impiega le

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correzioni fornite dalla stazione reale o virtuale più vicina ed effettua un rilievo RTK in modalità standard. In questo caso le risorse computazionali e trasmissive richieste al server GPS sono complessivamente inferiori rispetto alla modalità VRS basata sulla definizione di una stazione virtuale per ciascun utente, ma a causa di un inevitabile peggioramento nella qualità delle correzioni, non più ottimizzate per la posizione del punto di misura, si osserva un peggioramento in termini di precisione e nei tempi di inizializzazione.

La comunicazione delle stazioni permanenti con il centro di controllo, e con l‟utente finale avviene con metodi che dipendono da vari fattori tra cui sicuramente la quantità dei dati da trasmettere, dal tipo di comunicazione richiesta (bi o monodirezionale).

Molte reti di stazioni permanenti, per il loro funzionamento, possono integrare vari sistemi di trasmissione, a seconda delle necessità specifiche dei propri utenti e del territorio servito.

Le stazioni permanenti e il centro di controllo comunicano sostanzialmente in due modalità:

• con connessione diretta via rete telefonica • con connessione intranet o internet.

I principali vantaggi del VRS sono dati dalla velocità di fissaggio delle ambiguità, poiché la stazione di riferimento risulta prossima al rover, e dal sistema di riferimento, che è dato dalla posizione delle stazioni di riferimento ed è dunque compatibile con la rete IGM95.

Dal punto di vista del rilievo, la precisione di una parte per milione è data dalla capacità del ricevitore master di determinare i parametri di correzione atmosferica (ritardo troposferico e ritardo ionosferico, errore delle effemeridi dei satelliti, correzione degli orologi) in una zona limitrofa, e di trasmettere queste informazioni al rover.

I parametri di correzione atmosferica sono strettamente dipendenti dal sito ed inoltre hanno una particolare caratteristica: essi dipendono fortemente dalla posizione sulla superficie terrestre, ovvero, come si dice in termine tecnico, sono spazialmente correlati.

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È possibile, tramite una rete di stazioni permanenti, la modellazione di questi parametri al fine di definire un “ambiente” univoco per il rilievo GPS su di un‟area vasta.

Il particolare vantaggio di questa procedura risiede nella modellizzazione molto avanzata dei parametri di correzione iono-troposferici, che permette di creare un ambiente univoco, nel senso specificato prima, anche ad interdistanza tra le stazioni della rete di 70 Km. L‟onere computazionale è a carico del centro di calcolo, che dovrà essere opportunamente dimensionato per gestire le stazioni e gli utenti connessi.

L‟accuratezza planimetrica attesa è di 1-2 cm quando la distanza tra le stazioni di riferimento della rete è di circa 70 km. Va comunque preso in considerazione il fatto che la distanza tra le stazioni di riferimento dipende anche dalla collocazione geografica della rete. Per esempio, aree soggette ad elevata attività ionosferica, richiederebbero una rete più fitta.

Perché suggeriamo di non utilizzare baseline superiori a 70 Km?

La spiegazione è semplice: non ci sarebbe alcun problema per il software per quanto riguarda la modellizzazione degli errori in una rete con baseline maggiori ma, il problema è sul lato del rover: la tecnologia rover dei produttori di sistemi RTK non sarebbe in grado di lavorare a tali distanze in RTK garantendo le stesse accuratezze (1-2 cm) o affidabilità. Numerosi test hanno confermato questo problema.

Quindi in conclusione, avendo delle baseline nell‟intera rete GPS poco più lunghe di 70 km, non ci sarebbero grandi problemi per i ricevitori rover ma per aver dati sicuri ed avere la stessa accuratezza all‟interno di tutta la rete suggeriamo di utilizzare baseline tra le stazioni di riferimento più corte di 70 km (quando la regione è abbastanza pianeggiante). In situazioni più tortuose viene suggerita una distanza di circa 50 km (fonte: www.trimble.com).