Rilievi integrati TMM. Progetto, outlier detection e modelli di moto.

Negli ultimi anni si è assistito ad un rapido e notevole sviluppo tecnologico dei sistemi di navigazione e posizionamento, dovuto alla sempre maggiore necessità di sapere con precisione dove ci si trova in un dato momento, dove si sta andando o da un punto di vista lavorativo cosa si sta rilevando ed anche all’interesse della collettività per queste tecnologie applicate al quotidiano. Appare ormai scontato poter conoscere sempre la propria posizione, in accordo con la definizione di GPS: “una costellazione di satelliti artificiali che permette di conoscere la propria posizione in ogni luogo della Terra e in ogni momento”. E’ fondamentale però ricordare che come “luogo della Terra” si intende un ambiente aperto, senza ostacoli in grado di occludere la ricezione satellitare, come invece accade nei cosiddetti canyon urbani cittadini o semplicemente quando ci si trova in ambienti chiusi. Per poter ovviare a questo problema è stato quindi necessario studiare tecniche di integrazione di tecnologie diverse dall’ormai noto GPS. Lo strumento maggiormente utilizzato a questo scopo è il sensore inerziale che trova ampio utilizzo in campo fotogrammetrico, ad esempio a supporto di rilievi eseguiti con laser scanner per scopi di fotogrammetria diretta ed in rilievi terrestri svolti ricorrendo all’uso di veicoli attrezzati con una strumentazione molto varia: si parla di Terrestrial Mobile Mapping (TMM), oggetto di questa Tesi. Nella Tesi in primis si è effettuato un lavoro di ricerca bibliografica su testi nazionali e soprattutto internazionali, con lo scopo di avere una panoramica per quanto più possibile completa dello stato dell’arte della navigazione geodetica assistita applicata ai veicoli terrestri. In seguito si sono svolti rilievi di TMM in ambienti diversi, attrezzando il veicolo in uso con strumenti di natura prettamente low-cost (camera fotogrammetrica e odometro), in linea con gli attuali trend di ricerca. Unitamente a questi strumenti sul veicolo è stato installato anche un sensore inerziale in grado di registrare con elevata precisione la traiettoria percorsa. Lo studio bibliografico e l’analisi dei dataset acquisiti sul campo per la Tesi ha portato all’individuazione delle principali problematiche riscontrabili nell’integrazione delle grandezze fisiche provenienti dalle diverse strumentazioni a bordo, permettendo la definizione di una metodologia operativa in grado di depurare questi dataset dagli “errori” naturalmente presenti. Questa procedura ricorre a modelli di ricerca e reiezione degli outliers derivati dalla Statistica Robusta e tecniche di filtraggio dei dati non convenzionali, come il filtro di Kalman Unscented, con lo scopo finale di stabilire nel modo più preciso possibile la traiettoria percorsa dal veicolo. Inoltre, con lo scopo di analizzare scenari diversi che permettessero di validare gli algoritmi sviluppati ed i software implementati in linguaggio Matlab per la Tesi, si è realizzato un simulatore di dataset fotogrammetrici, che permettendo di variare le caratteristiche dell’ambiente in cui si effettua il rilievo, consente di stabilire la strumentazione necessaria all’ottenimento di un dato livello di precisione e consente anche di dotarsi di un grande numero di dataset fotogrammetrici differenti senza uscire dal proprio ufficio, risparmiando quindi tempo e denaro. I risultati ottenuti sono stati infine confrontati con quanto ottenibile da un software commerciale ampiamente utilizzato nel settore fotogrammetrico. Si ritiene che la ricerca effettuata relativa all’integrazione di tecnologie diverse possa trovare applicazione non solo per il Mobile Mapping per scopi di tipo geomatico, ma anche in molte altre discipline nelle quali l’utilizzo di dati fotogrammetrici viene già normalmente effettuato; alcuni esempi possono essere il settore della robotica, le tecnologie che vertono verso una completa automazione per il rilievo dell’oggetto o per la determinazione della traiettoria dell’utente

Real-time monitoring for fast deformations using GNSS low-cost receivers

Landslides are one of the major geo-hazards which have constantly affected Italy especially over the last few years. In fact 82% of the Italian territory is affected by this phenomenon which destroys the environment and often causes deaths: therefore it is necessary to monitor these effects in order to detect and prevent these risks. Nowadays, most of this type of monitoring is carried out by using traditional topographic instruments (e.g. total stations) or satellite techniques such as global navigation satellite system (GNSS) receivers. The level of accuracy obtainable with these instruments is sub-centimetrical in post-processing and centimetrical in real-time; however, the costs are very high (many thousands of euros). The rapid diffusion of GNSS networks has led to an increase of using mass-market receivers for real-time positioning. In this paper, the performances of GNSS mass-market receiver are reported with the aim of verifying if this type of sensor can be used for real-time landslide monitoring: for this purpose a special slide was used for simulating a landslide, since it enabled us to give manual displacements thanks to a micrometre screw. These experiments were also carried out by considering a specific statistical test (a modified Chow test) which enabled us to understand if there were any displacements from a statistical point of view in real time. The tests, the algorithm and results are reported in this paper

Terrestrial mobile mapping: photogrammetric simulator

Nowadays many types of sensors are used for terrestrial mobile mapping (TMM): IMU, odometers, GNSS, cameras, etc., and it is essential to understand how these sensors can improve the solution in terms of precision, accuracy and reliability. TMM issues are characterized by many variables: vehicle trajectory, the height of the buildings and the distance between them, traffic conditions, the presence or absence of trees, the level of illumination, etc. The aim of this study is to determine how photogrammetric measurements can improve the quality of TMM solution at least concerning magnitude and error propagation when there is no GNSS signal (for example in an urban canyon). Another purpose of the study was to determine the most suitable design project for a specific relief in order to obtain the best possible photogrammetric results. By analyzing the error propagation in the various components of relative orientation along the trajectory and considering a sequence of images characterized by an overlap varying between 60 to 90% and the same number of tie points, results were obtained which confirmed the reliability of the data produced by the simulator. These results are shown in this pape

The importance of the orthometric correction in the North of Italy considering a global model of geoid: a real case study

Today one of the open problems from the geodetic point of view is the determination of a geometric (and not physical) reference system that allow the harmonisation of the altimetric reference systems at continental scale. Trying to solve this problem at European level, one of the goal of the IAG Inter-Commission Project 1.2 is to provide the fundamentals for the installation of a unified european vertical reference frame. The EVRS (European Vertical Reference System) is a zero-tidal gravity-related height reference system, based on normal heights. Today all people use and know the orthometric heights, not the normal ones. So the goal is to move from the first one to the second one. In order to have correct normal heights the first step is to have correct orthometric heights: that does not always happen in the sense that if the orthometric corrections are not applied to the heights determined by high-precision leveling, it is not possible a correct unification of the reference systems. Within the HELIDEM (HELvetia-Italy Digital Elevation Model) project, among whose aims is to unify the reference systems between Italy and Switzerland with regard to regions involved in the Project, it was decided to analyze whether the orthometric corrections obtained for this area, considering a global model of geoid undulation (EGM2008), were sufficient to correct the elevations determined by static GNSS surveys carried out by Politecnico di Torino and Istituto Geografico Militare (IGM). In order to achieve the objectives of the project mentioned above, it was necessary to perform GNSS static campaigns on benchmarks of the Italian geodetic reference network that were subsequently leveled with high-precision leveling. The considered benchmarks are settled in the Piedmont area and were chosen in the way that the height difference between two adjacent vertices was limited mainly to reduce elevation waste errors resulting from static GNSS measurements. Both dynamic and orthometric corrections have been computed in order to finally get geopotential numbers, normal heights and orthometric heights from raw levelling increments. In order to complete and make the analysis more significant, some measured gravity values were also considered for the estimation of the orthometric corrections, in order to compare these results with those previously described. This analysis showed that the measured gravity values well agree with those obtained from the EGM2008 up to 800-1000 meters of altitude, since the values of orthometric corrections obtained in both cases are quite agree (the order of magnitude of the differences are centimeters

L'accuratezza dei DTM per analisi idrologiche

Eventi di dissesto idrogeologico sono sempre più frequenti, soprattutto a causa di interventi antropici sregolati, che avvengono senza una pianificazione attenta del territorio e senza un'analisi dei rischi adeguata. Per poter compiere tali operazioni è necessario basarsi su strumenti cartografici che permettono di rappresentare il territorio stesso: tra i principali strumenti in questione vi sono i DTM (Digital Terrain Model), i quali rappresentano morfologicamente l'elevazione del terreno e permettono quindi svariate analisi idrologiche. Nel presente lavoro verrà mostrato come la qualità dei DTM a disposizione e di conseguenza le informazioni idrologiche ad essi collegati, non siano legate soltanto al passo della maglia e alla precisione altimetrica dichiarata, ma anche alle verifiche effettuate durante la sua costruzione per migliorarne la qualità ed eliminare errori sistematici o grossolani localizzati e nascosti nell'insieme di queste grandi moli di dati da gestir

What is the effect of user and CORS height on NRTK performance?

Network Real Time Kinematic (NRTK) positioning is nowadays a very common practice in many parts of the world. The benefits of NRTK positioning and the details of network products have been previously discussed in this column (see the contribution by Leila Kislig in the July/August 2011 issue of Inside GNSS), as has the positioning performance as function of the inter-station distances of the network's continuously operating reference stations (CORS) (see the contributions by P. Dabove et alia in the November/December 2011 issue). However, because GNSS measurement errors are modelled by the network software, the quality of the differential corrections sent to the rover depends on the ability of the network to estimate errors (mainly the atmospheric ones) at individual stations, as well as the capability to spatially model the errors. So, what are the CORSs requirements in order to have good NRTK positioning, considering a multi-frequency and multi-constellation receiver, even in areas with extreme changes in altitude? More specifically, can a heterogeneous network in terms of height of CORS sites be used to obtain centimeter-level accuracy for the rover? We carried out some experiments to answer these questions and present the results in this articl

The DTM accuracy for hydrological analysis

Natural hazard events are becoming more frequent, mainly due to human interventions, which take place without careful planning of the territory and without proper risk analysis. In order to accomplish these operations it is necessary to consider mapping tools that allow you to represent the territory: one of the main instruments are the DTM (Digital Terrain Model), which represent morphologically the elevation of the terrain and therefore allow us to make various hydrological analysis. In this work we will be shown how the quality of DTM available and consequently the hydrological information associated with them, are not only related to the step of the mesh and the declared precision of the altitude, but also to the checks carried out during its construction in order to improve the quality and to eliminate systematic or coarse errors localized and hidden in these large amounts of data

Campagne di misura nell'ambito del Progetto HELI-DEM: livellazioni geometriche di precisione e rilievi GNSS

Nell'ambito del Progetto HELI-DEM sono state commissionate ed eseguite linee di livellazioni sia in Regione Piemonte che in Regione Lombardia. Lo scopo di tali campagne era triplice: connettere il sistema altimetrico italiano a quello svizzero, chiudere anelli di livellazione italiani che IGM non aveva ancora completato, valutare l'ondulazione del geoide attraverso misure congiunte GNSS su alcuni capisaldi livellati e così confrontare le differenze di ondulazione con quelle disponibili nei tre modelli di geoide gravimetrico disponibili per il Progetto. Le linee di livellazione sono state misurate e collaudate in entrambe le Regioni italiane. Il presente articolo propone un approfondimento dei controlli eseguiti sulla rete di livellazione del Piemont

Il posizionamento NRTK in alta quota: applicazioni e risultati nell'ambito del progetto HELI-DEM

Il presente lavoro si colloca nel progetto INTERREG Italia-Svizzera 2007-2013 HELIDEM. In tale ambito era prevista ed è stata istituita una rete di stazioni permanenti a copertura delle aree alpine di Piemonte, Lombardia e parte della Svizzera. Tale rete costituisce un prototipo, seppur limitato a una piccola area, di servizio di posizionamento transnazionale ottenuto mediante unificazione di reti regionali già installate: inoltre, nell'ambito del progetto, fornirà il sistema di riferimento per rilievi (in tempo reale e post-elaborati) finalizzati all'unificazione dei Modelli Digitali dei Terreno e del modello delle altezze (geoide) per le aree di progetto. Nel presente lavoro viene descritta la rete e le modalità con cui è stata inquadrata nel sistema di riferimento ETRF2000. Vengono inoltre discussi i primi test di posizionamento cinematico, sia in tempo reale sia post-elaborato, appoggiato alla rete. Particolarmente interessanti sono i confronti fra risultati in bassa e alta quota, che permettono considerazioni non intuitiv