P O L I T E C N I C O D I B A R I Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile Tesi di laurea in GEOMATICA Rilievo e georeferenziazione della rete di sottoservizi afferenti l’area del Policlinico di Bari Relatore: Prof. Ing. Mauro Caprioli Correlatore: Ing. Michele Vitti Laureando: Paolo Lavermicocca Anno Accademico 2012-2013
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Rilievo e georeferenziazione della rete di sottoservizi nell'area del Policlinico di Bari
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P O L I T E C N I C O D I B A R IFacoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Civile
Tesi di laurea in GEOMATICA
Rilievo e georeferenziazione della rete di sottoservizi afferenti l’area del Policlinico di Bari
Relatore:Prof. Ing. Mauro CaprioliCorrelatore:Ing. Michele Vitti
Laureando:Paolo Lavermicocca
Anno Accademico 2012-2013
Sottosuolo cittadino = sistema in continua evoluzione
le reti hanno continuo bisogno di: • manutenzione • ammodername
nti• estensioni
Disservizi causati dalla rottura di tubazioni in ambito urbano: se non esiste una «mappa del sottosuolo» che riporti tutte le reti tecnologiche, le diramazioni e gli allacci alle abitazioni, è facile incorrere in incidenti del genere. L’uso combinato della tecnologia Georadar e della tecnologia GPS può prevenire questi inconvenienti.
Non sempre il sottosuolo è oggetto di uno sviluppo programmatico; la molteplicità dei gestori di rete presenti sul territorio determina un’evoluzione caotica delle svariate reti tecnologiche, causando in molti casi elevati costi sociali dovuti ai disagi arrecati ai cittadini ed alle imprese. L’utilizzo di Internet, inoltre, impone nuove forme di cablaggio nelle città, al fine di rispondere alla crescente richiesta degli utenti, determinando la necessità di posa di altre reti di sottosuolo.
Conoscere in modo dettagliato la posizione plano-altimetrica dei sottoservizi esistenti al disotto della pavimentazione stradale è, quindi, il punto di partenza per:
1.Pianificare in maniera organica interventi invasivi:
metropolitane, infrastrutture stradali;2. Organizzare la posa in opera di nuove reti di servizi e la manutenzione di quelle esistenti,onde non causare danni, interruzioni di servizi, riprogettazioni e infortuni sul lavoro.
Cosa si vuole ottenere?
Una mappa georeferenziata dei sottoservizi visualizzabile su supporto cartaceo o, più in dettaglio, in formato digitale.
Si riassumono di seguito le fasi operative del metodo:
1. Ubicazione, mediante tecnologia GPS, dei pozzetti di ispezione rispetto al contesto urbano del Policlinico e referenziazione (su cartografia) degli stessi rispetto ai fabbricati esistenti;
2. Redazione di uno schema funzionale generale d’impianto che consenta di individuare le dorsali e la rete di distribuzione e/o collettazione afferente l’impianto in esame;
3. Approfondimento delle principali caratteristiche delle dorsali degli impianti esistenti, mediante ispezione visiva e prospezioni radar (tegnologia GeoRadar), per individuare la presenza e la profondità di cunicoli e tubazioni;
4. Restituzione delle informazioni acquisite mediante disegno CAD sulla cartografia fornita dalla committenza;
5. Raccolta e georeferenziazione dei dati di indagine su sistema informativo territoriale (S.I.T.) tramite piattaforma GIS (Geographic Information System).
Come funziona un georadar?
Le componenti essenziali di un georadar sono:1. un trasmettitore (TX) genera un segnale di tipo impulsivo con una determinata
frequenza di ripetizione (impulsi elettromagnetici) e durata dell’ordine dei nanosecondi.
2. un ricevitore (RX) capta le riflessioni delle o.e.m. generate dalla variazione, con la profondità, delle caratteristiche fisiche ed elettromagnetiche del mezzo o dalla presenza di oggetti sepolti o ostacoli di diversa natura.Lo strumento viene movimentato in superficie
lungo un tracciato predefinito, ottenendo una sezione elettromagnetica o radargramma, del tipo:spostamento radar / tempo di ricezione dei segnali riflessi; conoscendo la velocità v di propagazione delle o.e.m. nel mezzo da indagare (funzione della costante dielettrica e della permeabilità magnetica), si perviene alla profondità delle discontinuità.2d=v ∙ t r⟶ d=
v ∙ t r2
=c ∙ t r
2∙√ εr
L’oggetto sepolto viene ‘visto’ dal georadar in modo deformatoL’oggetto sepolto viene ‘visto’ dal georadar in modo deformato
Mappa radarGenerazione
iperbole
x
Acquisizione
motoantenna
Trasmettitore
MonitorRicevitore
Antenna
oggetto sepolto
d0 dNd-N
x-N x0 xN d0
dNd-N
d1d-1
xNx-N x0x-1 x1
è il tempo trascorso tra l’emissione e la ricezione del segnale riflesso, c è la velocità della luce nel vuoto, la costante dielettrica relativa del mezzo rispetto al vuoto e d è la metà del percorso effettuato dall’ o.e.m. Il risultato finale è un radargramma del tipo:spostamento radar/profondità delle superfici riflettenti
Quando il profilo di acquisizione passa sopra un oggetto fortemente riflettente sepolto, all’antenna ricevente giunge un segnale di ritorno anche quando il dipolo d’antenna non è esattamente sulla verticale dell’oggetto sepolto. Come risultato, si ottiene sulla sezione radar una “iperbole di diffrazione” la cui ampiezza dipende dalla velocità di trascinamento dell’antenna e dalla velocità di propagazione delle onde nel mezzo.
La ricostruzione tomografica 3D del terreno indagato è stata ottenuta mediante l'acquisizione di dati georadar lungo profili regolarmente spaziati, e usando specifici software di post-processing.
L’indagine tomografica consente di ricostruire graficamente l’andamento delle caratteristiche elettromagnetiche del mezzo indagato, anche se non direttamente accessibile.
Il risultato è di forte impatto visivo: si distinguono chiaramente le canalizzazioni presenti nel sottosuolo alle diverse profondità e lungo tutto il profilo verticale indagato.
La tecnologia GPS
Cosa fa un ricevitore GPS ? localizza 4 o più satelliti; decodifica i segnali emessi da ciascuno; calcola le distanze dagli stessi; usa i dati acquisiti per stimare la propria posizione e l’ora del sistema.
Come può avvenire il posizionamento con il sistema GPS ?
In due modi: mediante la tecnica del point positioning e quella del differential positioning.
Il Point Positioning Posizionamento assoluto di un singolo punto nel sistema di riferimento assegnato; l’incertezza è dell’ordine delle decine di metri, sufficiente per la navigazione o per tracciamenti speditivi.
Il Differential Positioning Posizionamento relativo di un punto rispetto ad un altro considerato noto; l’incertezza è dell’ordine di qualche milionesimo della distanza tra i due punti, che può variare da pochi metri ad alcune decine di chilometri.
Un ricevitore posto sul punto di coordinate note e l’altro sul punto incognito; si determinano le 3 componenti spaziali del vettore posizione tra i due punti (baseline) rispetto ad una terna cartesiana assegnata:
Sono necessarie almeno 4 osservazioni di distanze tra il ricevitore ed altrettanti satelliti per conoscere le coordinate del punto incognito. Ipotesi:
orbite note (anche se di previsione)si trascura l’incertezza nella misura satellite-
ricevitore
Esecuzione misure - Modo cinematico in tempo reale RTKS (Real Time Kinematic Survey) Si utilizzano ricevitori a doppia frequenza (L1 e L2) dotati della tecnica OTF (On The Fly) per la risoluzione veloce dell’am biguità intera, anche durante il movimento del ricevitore, e collegati fra loro via radio, modem o GSM.
Il ricevitore fisso può essere sostituito da una o più stazioni permanenti GNSS di posi zione nota, appartenenti alla rete GNSS della Regione Puglia (tracciamento satelliti GPS, GLONASS, Galileo).
Il ricevitore fisso (BASE), collocato su un punto di posizione nota, comunica la sua posizione ed i dati satellitari al ricevitore mobile (ROVER), il quale calcola in tempo reale la sua posizione rispetto al ricevitore fisso. La stazione GNSS più vicina al Policlinico di Bari è Valenzano (Tecnopolis, Bari).
Dai dati GPS alla mappatura georeferenziata dei sottoservizi
Risultato di una campagna di misura GPS: differenze di coordinate cartesiane tra i punti della rete da rilevare (ΔX, ΔY, ΔZ), nel sistema di riferimento WGS84 - U.T.M.
Note le coordinate di un punto, detto punto traslocante, tramite stazione permanente GNSS oppure tramite ricevitore fisso su un vertice IGM, si determinano le coordinate di tutti gli altri punti della rete nello stesso sistema di riferimento WGS84 - U.T.M.
Passaggio da coordinate cartesiane geocentriche (X, Y, Z) riferite al centro dell'ellissoide WGS84, a coordinate cartesiane ellissocentriche riferite al centro dell’ellissoide locale prescelto opportunamente orientato (Hayford 1924), a geografiche (φ e λ) e altezze ellissoidiche (h) rispetto all’ellissoide locale tramite le equazioni parametriche dell’ellissoide.
Coordinate dei punti battuti, nei sistemi di riferimento WGS84, proiezione U.T.M. fuso 33 fascia N e Gauss-Boaga.P UTM - X (m) GB – X (m) UTM - Y (m) GB - Y (m)