Single-frequency receivers as master permanent stations in GNSS networks: precision and accuracy of the positioning in mixed networks

The use of GPS/GNSS instruments is a common practice in the world at both a commercial and academic research level. Since last ten years, Continuous Operating Reference Stations (CORSs) networks were born in order to achieve the possibility to extend a precise positioning more than 15 km far from the master station. In this context, the Geomatics Research Group of DIATI at the Politecnico di Torino has carried out several experiments in order to evaluate the achievable precision obtainable with different GNSS receivers (geodetic and mass-market) and antennas if a CORSs network is considered. This work starts from the research above described, in particular focusing the attention on the usefulness of single frequency permanent stations in order to thicken the existing CORSs, especially for monitoring purposes. Two different types of CORSs network are available today in Italy: the first one is the so called “regional network” and the second one is the “national network”, where the mean inter-station distances are about 25/30 and 50/70 km respectively. These distances are useful for many applications (e.g. mobile mapping) if geodetic instruments are considered but become less useful if mass-market instruments are used or if the inter-station distance between master and rover increases. In this context, some innovative GNSS networks were developed and tested, analyzing the performance of rover’s positioning in terms of quality, accuracy and reliability both in real-time and post-processing approach. The use of single frequency GNSS receivers leads to have some limits, especially due to a limited baseline length, the possibility to obtain a correct fixing of the phase ambiguity for the network and to fix the phase ambiguity correctly also for the rover. These factors play a crucial role in order to reach a positioning with a good level of accuracy (as centimetric o better) in a short time and with an high reliability. The goal of this work is to investigate about the real effect and how is the contribute of L1 mass-market permanent stations to the CORSs Network both for geodetic and low-cost receivers; in particular is described how the use of the network products which are generated by the network (in real-time and post-processing) can improve the accuracy and precision of a rover 5, 10 and 15 km far from the nearest station. Some tests have been carried out considering different types of receivers (geodetic and mass market) and antennas (patch and geodetic). The tests have been conducted considering several positioning approaches (static, stop and go and real time) in order to make the analysis more complete. Good and interesting results were obtained: the followed approach will be useful for many types of applications (landslides monitoring, traffic control), especially where the inter-station distances of GNSS permanent station are greater than 30 km

Assessment of positioning performances in Italy from GPS, BDS and GLONASS constellations

The use of multiple GNSS constellations has been beneficiary to positioning performances and reliability in recent times, especially in low cost mass-market setups. Along with GPS and GLONASS, GALILEO and BDS are the other two constellations aiming for global coverage. With ample research demonstrating the benefits of GALILEO in the European region, there has been a lack of study to demonstrate the performance of BDS in Europe, especially with mass-market GNSS receivers. This study makes a comparison of the performances between the combined GPS-GLONASS and GPS-BDS constellations in Europe with such receivers. Static open sky and kinematic urban environment tests are performed with two GNSS receivers as master and rover at short baselines and the RTK and double differenced post processed solutions are analyzed. The pros and cons of both the constellation choices is demonstrated in terms of fixed solution accuracies, percentage of false fixes, time to first fix for RTK and float solution accuracies for post processed measurements. Centimeter level accuracy is achieved in both constellations for static positioning with GPS-BDS combination having a slightly better performance in comparable conditions and smaller intervals. GPS-GLONASS performed slightly better for longer intervals due to the current inconsistent availability of BDS satellites. Even if the static tests have shown a better performance of GPS-BDS combination, the kinematic results show that there are no significant differences between the two tested configurations. Keywords: GNSS, BDS, GLONASS, NRTK positioning, Accurac

Quaderni di Topografia

La Topografia è una scienza applicata che si prefigge la determinazione e la rappresentazione metrica della superficie fisica terrestre, nasce e si inserisce nella geodesia. Allo scopo questo testo fornisce nozioni aggiornate di geodesia fisica, nozioni sui nuovi sistemi di riferimento e elementi di geodesia dell'ellissoide. Per quanto riguarda la rappresentazione sono descritte le rappresentazioni cartografiche, in particolare la cartografia italiana moderna. Per determinare forma e dimensioni della Terra e di quanto vi sia sopra sono necessarie le misure. Perciò nel testo vi è una parte inerente il trattamento statistico delle misure

Esercizi di topografia svolti in Matlab

Vengono proposti e risolti numerosi esercizi di Topografia inerenti la geodesia, la cartografia, il trattamento statistico dei dati. Sono svolti in linguaggio Matlab e spiegati diffusamente. Sono disponibili i sorgenti in Matlab

Fast displacements detection techniques considering mass-market GPS L1 receivers

Fast displacements detection in real-time is a very high challenge due to the necessity to preserve buildings, infrastructures and the human life. In this paper this problem is addressed using some statistical techniques and a GPS mass-market receiver in real-time. Very often, most of landslides monitoring and deformation analysis are carried out by using traditional topographic instruments (e.g. total stations) or satellite techniques such as GNSS geodetic receivers, and many experiments were carried out considering these types of instruments. In this context it is fundamental to detect whether or not deformation exists, in order to predict future displacement. Filtering means are essential to process the diverse noisy measurements (especially if low cost sensors are considered) and estimate the parameters of interest. In this paper some results obtained considering mass-market GPS receivers coupled with statistical techniques are considered in order to understand if there are any displacements from a statistical point of view in real time. Instruments considered, tests, algorithms and results are herein reported

Network real-time kinematic GNSS positioning assisted by tablets: the new frontier of the open source positioning and mapping

Kinematic satellite positioning consists in estimating the trajectory of a moving receiver, by processing observations from Global Navigation Satellite Systems (GNSS). This is a well-known techniques if geodetic or GIS receivers are considered but nowadays it is also possible to make a precise positioning with other devices, such as smartphones and tablets. This study shows the performances of an external mass-market GPS L1 receiver connected to a tablet in NRTK positioning for GIS purposes

Accurate Real-time GNSS positioning assisted by tablets: An innovative method for positioning and mapping

Kinematic satellite positioning consists in estimating the trajectory of a moving receiver, by processing observations from Global Navigation Satellite Systems (GNSS). This is a well-known technique if geodetic or GIS receivers are considered but nowadays it is also possible to make a precise positioning with other devices, such as smartphones and tablets. This study shows the performances of an external mass-market GPS L1 receiver connected to a tablet in NRTK positioning for GIS purposes. Impressive performances of mass-market GNSS instruments coupled with tablets are shown: with this kind of confguration it is possible to reach a centimetric level of accuracy in real-time. This means that interesting future developments could arise for different purposes, such as mapping and navigation

Dai “piccoli sistemi” locali della cartografia catastale a quelli globali GNSS

L’adozione delle tecniche di misura satellitari anche per operazioni di misura eaggiornamento catastale pone il problema della trasformazione tra i vecchi sistemi di riferimento neiquali è stata generata tale cartografia verso i moderni sistemi di riferimento. Il problema nel casocatastale è complicato da tanti fattori di origine tecnica, scientifica ed anche storica inerenti lemodalità di realizzazione dei sistemi di riferimento all’impianto del catasto. A partire da una procedurageodetica, già proposta su questa rivista che permette la trasformazione tra sistemi catastali e globaliin base alla conoscenza dell’origine catastale e di alcuni punti di doppie coordinate, si illustra orauna nuova e più complessa procedura, da applicare ad un insieme di piccole origini nelle quali nonsiano note le coordinate di un numero di punti sufficienti per applicare il precedente metodo ditrasformazione.Il nuovo metodo viene chiamato “Triangolazione Aerea Catastale” (TAC) per le analogie con latriangolazione aerea fotogrammetrica: seguendo tale analogia possiamo affermare che necessita diun limitato numero di punti “di appoggio” per ogni “blocco”, cioè per un insieme di origini catastali.È necessario poi che vi siano vertici comuni ad origini catastali e con coordinate note nei due o piùsistemi di riferimento locali. In genere tali vertici si trovano nelle zone perimetrali di ogni sistema diriferimento locale e costituiscono analogamente i “punti di legame”

Prime analisi delle elaborazioni GNSS orarie del sito di Madonna del Sasso

Nell’ambito di un progetto di ricerca del CSI Piemonte che il Politecnico di Torino – DIATI ed altri enti hanno terminato nel 2018, sono state installate cinque stazioni di monitoraggio GNSS prototipali in siti nei quali, con diversi metodi e sensori geomatici, si sono rilevati spostamenti e deformazioni. Uno di questi è stato il sito di Madonna del Sasso su cui sono stati installate due stazioni con ricevitori GNSS mass market che inviano in tempo reale i propri dati a un server presso il Politecnico di Torino. Di questi cinque siti viene attualmente calcolata la posizione trasformando i dati in tempo reale in dati Rinex e gestendo il calcolo con cadenza giornaliera, usufruendo delle stazioni permanenti della rete interregionale SPIN. Di uno dei due siti impiantati a Madonna del Sasso avviene anche la memorizzazione e il calcolo delle baseline GNSS con cadenza oraria e, attualmente, tale calcolo riguarda un periodo di tempo di circa nove mesi. Per quanto i risultati ottenuti siano molto rumorosi, per via di diversi fattori tra cui l’utilizzo di una sola frequenza, la qualità del ricevitore (u-Blox EVK-8T) e dell’antenna, è stato comunque possibile eseguire una analisi della serie temporale volta ad estrarre un segnale da poter poi più facilmente interpretare. I dati, specie a causa di interruzioni di comunicazione, non sempre sono continui e, per motivi di manutenzione, le antenne sono state rimosse e riposizionate. È pertanto stato necessario comprendere se la rimozione ha anche di poco, ma significativamente, spostato l’antenna rispetto al riferimento iniziale e ricucire così la serie storica. Il segnale risultante, dopo la ricucitura e la rimozione del trend è stato infine analizzato in frequenza, utilizzando un metodo che tiene in conto della non uniformità dei dati a disposizione. I risultati ottenuti non mostrano significativi segnali per le componenti planimetriche, ma un segnale molto netto in altimetria che ha una ampiezza di un paio di cm ed un massimo attorno alla fine di gennaio 2018. Si sottolinea che il risultato è frutto dell’elaborazione di singole baselines che usano come riferimento la stazione permanente di Gozzano, a circa 6 km dl sito di Madonna del Sasso. Per discernere da dove aveva origine lo spostamento, si sono utilizzati anche i dati giornalieri di questa stazione permanente per valutare eventuali movimenti a subsidenze. Ciò ha permesso, usando circa un anno di misure e le tecniche di posizionamento PPP di comprendere che il fenomeno è realmente di pertinenza della stazione monitorata