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GPS – Global Positioning System
AAG Francesco Catarinacci
GNSS
Club Alpino Italiano
GNSS– Global Navigation Satellite System
Il GNSS (Global Navigation Satellite System) è il sistema globale di navigazione
satellitare basato sul sistema statunitense GPS (Global Positioning System), dal
russo GLONASS (Global Navigation Satellite System) e dal sistema europeo
Galileo in via di sviluppo. Arrivano anche i sistemi cinese ed indiano.
Ai satelliti orbitanti, vanno aggiunti quelli geostazionari (sistemi WAAS-America,
EGNOS-Europa, MSAS-Oriente) che aumentano la precisione di ricezione fino a 2
metri
Geostazionari: ruotano anch’essi ma con velocità angolare pari a quella della
Terra, per cui ci sembrano fissi
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il GPS, componenti
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Global Positioning System generalità
• 24+3 satelliti operativi in sei piani
orbitali (almeno 5 sempre visibili da
ogni luogo)
segmento spaziale
• Stazioni di controllo a terra
segmento di controllo
• Terminali utente
segmento utente
Ogni terminale ha registrato dentro di
se l’almanacco, ovvero l’insieme delle
informazioni sull’orbita teorica di ogni
satellite
Grazie all’almanacco ogni ricevitore
conosce le posizioni future di ogni
satellite.
AAG Francesco Catarinacci
il GPS, la comunicazione
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Global Positioning System generalità
5 satelliti sempre visibili in ogni punto
della Terra
• Un satellite ci posiziona su una sfera
• Col secondo siamo su un’ellisse
AAG Francesco Catarinacci
il GPS, la comunicazione
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Global Positioning System generalità
5 satelliti sempre visibili in ogni punto
della Terra
• Un satellite ci posiziona su una sfera
• Col secondo siamo su un’ellisse
• L’intersezione del terzo ci porta su due
punti
• Il quarto ci identifica univocamente
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il GPS, la comunicazione
Global Positioning System generalità
• I satelliti montano 4 oscillatori: 2 al cesio e
2 al rubidio
• Il ricevitore monta un economicissimo
orologio al quarzo
E la precisione?
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Ritard
o (T)
Ogni satellite invia una stringa di
segnale in cui compare l’orario esatto
dell’invio della stringa e dei parametri
sulla posizione (=effemeridi).
Il ricevitore calcola il ritardo con cui
riceve i segnali e, conoscendo le
posizioni registrate sull’almanacco,
ottiene la propria distanza rispetto ai
satelliti (trilaterazione)
il GPS, la comunicazione
D, distanza del satellite = 20.000 km ca.
c, velocità della luce = 300.000 km/s ca.
T = D/c = 20.000/300.000
= 0,067 secondi
Se il quarto satellite non conferma il
punto dato dai primi tre vuol dire che c’è
un errore sul tempo misurato dal
ricevitore
si scalano tutte le distanze (il ricevente
ha un algoritmo apposito) finché risulti
un solo puto d’intersezione, la nostra
posizione.
Con un orologio da pochi soldi si ottiene
la stessa precisione di quelli atomici.
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Global Positioning System generalità
Ogni satellite invia una stringa di
segnale in cui compare l’orario esatto
dell’invio della stringa e dei parametri
sulla posizione (=effemeridi).
Il ricevitore calcola il ritardo con cui
riceve i segnali e, conoscendo le
posizioni registrate sull’almanacco,
ottiene la propria distanza rispetto Ritardo
ai (T)
satelliti (trilaterazione)
il GPS, la sua utilità
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il ricevitore
Cosa fa il ricevitore GPS?
1. Determina le coordinate del
punto in cui ci troviamo (fix
dei satelliti)
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il GPS, la sua utilità
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il ricevitore
Cosa fa il ricevitore GPS?
1. Determina le coordinate del
punto in cui ci troviamo (fix
dei satelliti)
2. Ci guida verso un waypoint
3. Ci guida lungo una rotta
4. Memorizza la traccia che
abbiamo percorso (utile per
tornare sui nostri passi)
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il GPS, la sua utilità
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il ricevitore
Cosa fa il ricevitore GPS?
1. Determina le coordinate del
punto in cui ci troviamo (fix
dei satelliti)
2. Ci guida verso un waypoint
3. Ci guida lungo una rotta
4. Memorizza la traccia che
abbiamo percorso (utile per
tornare sui nostri passi)
In soldoni attraverso il nostro apparato
memorizziamo una serie di coppie di
coordinate, di quote e di orari
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il GPS, la sua utilità
il ricevitore
E gli smartphone?
- Sono delicati
- Poca autonomia
- Bassa precisione (migliorabile con antenna
esterna bluetooth)
- Meglio di niente…
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il GPS, la sua utilità
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il ricevitore
I moderni terminali consentono di
visualizzare mappe cartografiche, sia
raster che vettoriali
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il GPS, la sua utilità
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il ricevitore
Alcuni comprendono un altimetro
barometrico (quota geodetica, rispetto al
geoide, cioè rispetto al livello degli oceani)
Ci sono modelli con una bussola
elettronica; precisa ma consuma
parecchio
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il GPS, limiti
il ricevitore
Ostacoli per il segnale:
• Muri
• Acqua
• Rocce
• Vegetazione fitta ed umida
• Multipath, segnale rimbalzato
• Ritardi di origine ionosferica
• …
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il GPS, pianificazione dell’uscita
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Prima di partire
• Consultare la cartografia
• Impostare la rotta da seguire, fissando
dei waypoint lungo il percorso
• In alternativa caricare la traccia, se in
possesso
• Stampare sempre e comunque un
cartaceo del percorso
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il GPS, pianificazione dell’uscita
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Prima di partire
• Consultare la cartografia
• Impostare la rotta da seguire, fissando
dei waypoint lungo il percorso
• In alternativa caricare la traccia, se in
possesso
• Stampare sempre e comunque un
cartaceo del percorso
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il GPS, l’uscita
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Sul terreno
• Pulizia preliminare dei dati
(impostazioni-reimposta-elimina
memoria)
• Navigazione a punti
 Attraverso l’indicatore di
direzione (triangolino
blu)
 Punta e vai (memorizza
l’azimut)
 Pianifica percorso (serie
di waypoint)
• Salvataggio waypoint
 Mark: waypoint
semplice
 Media waypoint: media
da una rosa di punti
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il GPS, restituzione dei dati
Programmi PC
• Basecamp
• Okmap
• Google Earth
•
•
•
•
•
gratuiti
Oziexplorer
Compegps
ExpertGPS
Viking gps
…
• Software GIS (ArcGis, Qgis, Gvsig,
QLandKarte, …)
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il GPS, restituzione dei dati
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Cartografia
digitale
Raster
Raster (cartine scannerizzate)
• Digitalizzazione
• Georeferenziazione [Map Datum
Proiezione, punti di controllo]
• Custom map (Okmap: utilità tiling mappa)
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il GPS, restituzione dei dati
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Cartografia
digitale
Raster
Possiamo lavorare
con:
• Carte IGMI
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Cartografia
digitale
Raster
Possiamo lavorare
con:
• Carte IGMI
• Custom
Map
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Cartografia
digitale
Raster
Possiamo lavorare
con:
• Carte IGMI
• Custom
Map
• Ortofoto
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Cartografia
digitale
Raster
Possiamo lavorare
con:
• Carte IGMI
• Custom
Map
• Ortofoto
• CTR
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Cartografia
digitale
Vettoriale
Vettoriali (insieme di punti, linee, poligon
Tra le più conosciute:
• OpenStreetMap
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Cartografia
digitale
Vettoriale
Vettoriali (insieme di punti, linee, poligon
Tra le più conosciute:
• OpenStreetMap
• Garmin TrekMap
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il GPS, restituzione dei dati
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Basecamp
Importazione
file
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Modifiche
Topologiche
•
•
•
•
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Scorri
• Nuovo waypoint
• Inseris
Zoom
• Nuova rotta
ci
Seleziona• Nuova traccia• Spost
Misura
a
• Cance
lla
• Dividi
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Modifiche
Topologiche
Con gli strumenti Cancella
e Sposta, in pochi clic
modifico le mie tracce.
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Tracce
I dati contenuti nel file sono
sempre gli stessi del file .txt; PC e
GPS ricavano tutto il resto
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Tracce
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foto
Sincronizzando GPS e macchina
fotografica è possibile
goreferenziare le foto
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Esportazione file
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Basecamp
dal PC al GPS
Collegare il GPS al PC tramite USB
ed avviare Basecamp
• Il dispositivo verrà
riconosciuto dopo poco
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Basecamp
dal PC al GPS
Selezioniamo i file da
trasferire, tasto dx –
invia a
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Basecamp
Stampa
Abbiamo la nostra
traccia pulita e
vogliamo stamparla
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proiezione (se proiettata)
Basecamp
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Map Datum
coordinate
declin. magnetica
scala
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Fine
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