LA STAZIONE GPS BLGN PER IL MONITORAGGIO DELLA SUBSIDENZA

Abstract

Il sistema di posizionamento GPS (Global Positioning System) è nato negli Stati Uniti negli anni ’90 per scopi militari e negli ultimi decenni si è notevolmente diffuso anche in ambiente civile. Il GPS è un sistema basato sulla ricezione di segnali radio emessi da satelliti posizionati in orbite a circa 20000 km di altezza la cui configurazione attuale permette la visibilità di almeno 4 satelliti in ogni istante e luogo del pianeta. Si tratta di una tecnica di intersezione spaziale distanziometrica nel sistema di riferimento elissoidico geocentrico WGS84. La distanza geometrica (range) tra il centro di fase dell’antenna di stazione a terra ed i satelliti, viene calcolata misurando il ritardo temporale tra il segnale ricevuto ed un clone generato dal ricevitore fornendo, in prima approssimazione, il tempo di volo del tragitto satellitericevitore. Il segnale GPS è caratterizzato da una componente fondamentale, due onde sinusoidali chiamate L1 e L2 e da una componente impulsiva, i due codici pseudorandom C/A e P; viene inoltre inviato un messaggio di navigazione (codice D) nel quale sono presenti importanti informazioni quali lo stato di salute dei satelliti, le effemeridi (parametri per il calcolo delle orbite) e la deriva degli orologi di bordo. Un ricevitore GPS geodetico può effettuare due tipi di misure su entrambe le portanti L1 ed L2, cioè misure di codice e di fase. Il posizionamento GPS si può effettuare in varie modalità tra cui la modalità relativa che permette di raggiungere le massime precisioni (pochi millimetri) in quanto i sistemi di equazioni vengono risolti utilizzando le componenti dei vettori linea-di-base che, adeguatamente combinate, permettono di ridurre e/o eliminare una buona parte degli errori sistematici [Hofmann-Wellenhof, et al. 2008]. Inoltre, le misure possono essere ottenute da applicazioni statiche o cinematiche [Cina, 2001]. Il grande sviluppo tecnologico degli ultimi decenni ha reso possibile la realizzazione di strumenti di rilievo geodetico e topografico ad alta precisione, compatti e maneggevoli, caratterizzati da notevole facilità di utilizzo, versatili e spesso corredati da software ad elevate prestazioni per l’acquisizione, la gestione e l’elaborazione dei dati. I moderni ricevitori vengono implementati con la capacità di immagazzinare un numero sempre più elevato di dati generalmente in memorie Compact Flash (CF) sempre più veloci (oltre 30 MB/s di transfer rate) e della capienza che raggiunge e supera i 4Gb, il numero dei canali supera la ventina ed i firmware sono dotati di tecniche spettrali e di filtraggio in grado di distinguere la maggior parte del codice P (Precision o Protected) criptato poiché destinato ad applicazioni militari. Attualmente, non si parla più solo di sistemi GPS, ma di sistemi GNSS (Global Navigation Satellite Systems) in quanto esistono altre costellazioni di satelliti artificiali come il GLONASS ed il nascente sistema Galileo. I moderni ricevitori, dunque, sono in grado di captare in contemporanea almeno i segnali delle due principali costellazioni (GPS e GLONASS). Inoltre, è interessante notare che il numero attuale dei satelliti GPS è di 31 grazie alla vita media superiore alle aspettative dei satelliti di ormai vecchia generazione. In questi ultimi anni molti Enti o Università italiane e straniere impegnate in studi geofisici a carattere geodinamico e geodetico, hanno lavorato alla realizzazione di reti GPS di monitoraggio continuo con lo scopo di ottenere risultati affidabili ad alta precisione e di costruire una struttura adatta alla definizione di un sistema di riferimento stabile. I dati GPS acquisiti in continuo su reti appositamente realizzate, dotate di procedure automatiche di acquisizione, trasmissione e analisi dei dati, rappresentano un potente mezzo per studiare le deformazioni del suolo di origine tettonica e vulcanica, consentendo avanzamenti significativi nella ricerca geofisica e geodetica. I prodotti che derivano dalla realizzazione delle reti permanenti sono vari e generalmente si possono riassumere come segue: la produzione di soluzioni giornaliere e settimanali di coordinate delle stazioni della rete; la produzione di soluzioni di velocità e di deformazione; l’archivio di dati GPS; divulgazione dei prodotti e risultati delle reti GPS. Grazie alla presenza di una copertura di reti permanenti a scala regionale del territorio italiano è inoltre più semplice la pianificazione e realizzazione di sottoreti atte agli studi di fenomeni locali che necessitano una geometria a più stretta maglia, per esempio con linee di base di alcune decine di chilometri o inferiori. È infatti possibile contare su una ricca banca dati, e quindi utilizzare le soluzioni già disponibili per orientare i risultati in un corretto sistema di riferimento senza introdurre necessariamente nel data processing dati appartenenti a stazioni troppo distanti e quindi senza affrontare soluzioni troppo eterogenee in termini di linee-di-base. In questo lavoro vengono descritte le caratteristiche tecniche di materializzazione, messa in funzione e analisi dati di una stazione GPS su edificio atta al monitoraggio di precisione del fenomeno della subsidenza che affligge in particolar modo alcune zone della città di Bologna per effetto di fenomeni antropici come l’estrazione di idrocarburi e lo sfruttamento di falde acquifere. Uno dei progetti seguiti dalla Sezione INGV di Bologna, infatti, si propone di apportare un significativo miglioramento della conoscenza dei fenomeni locali di subsidenza tramite l’integrazione di informazioni già esistenti con nuove misure ottenute da 6 metodologie InSAR (Interferometric Syntetic Aperture Radar) e GPS. Per questo, è importante utilizzare una rete GPS che abbia le caratteristiche necessarie per fornire risultati affidabili e che sia oltretutto direttamente vincolabile al dato SAR perciò visibile nelle immagini radar. Da qui l’ulteriore necessità di monumentare le stazioni su edificio e di illustrare con precisione tutti i dettagli tecnici relativi alla stazione BLGN.