Integrazione di Gps e Gis per la gestione dei sistemi di trasporto. Applicazione alla linea ferroviaria Fnm Milano-Como.

Premessa
2
Nella tesi sono individuabili tre livelli, diversi per generalità:
•  una descrizione dei sistemi AVL per la gestione di sistemi di trasporto,
•  un’analisi comparata delle applicazioni di sistemi AVL nel campo del trasporto
ferroviario,
•  il progetto del sistema AVL per le Ferrovie Nord Milano.
Il primo livello è puramente di rassegna, mentre gli altri due contengono elementi di
originalità.
Per quanto riguarda il progetto, l’enfasi è sulla realizzazione del GIS e sulla possibilità
di distribuire informazioni via rete Internet, mentre gli aspetti più tecnici del sistema di
posizionamento satellitare e della rete di comunicazione sono stati descritti in altri
lavori (Ceppi e Vanoli, 1999) così come quelli di utilizzo del sistema per la gestione dei
guasti alla trazione (Castiglioni e Romani, 1999)
La tesi è organizzata nel modo seguente.
Nel primo capitolo sono descritti i GPS con particolare attenzione alle problematiche
del posizionamento veicolare e nel secondo i GIS e le loro applicazioni nel campo della
pianificazione dei sistemi di trasporto. Nel terzo capitolo vengono descritti i sistemi
AVL. Nel quarto capitolo viene effettuata una dettagliata analisi comparata di cinque
applicazioni delle tecnologie GPS e GIS a sistemi di trasporto su rotaia. Da quest’analisi
emerge come caso particolarmente interessante per la sua completezza quello della
compagnia Ferrocarrils de la Generalitat de Catalunya. Nel quinto capitolo viene
introdotta l’applicazione specifica al caso delle FNM. In particolare si descrivono le
caratteristiche della linea, il sistema attuale di posizionamento, distanziamento e
segnalamento e la centrale operativa. Nel sesto ed ultimo capitolo  viene descritto il GIS
che è stato realizzato. In particolare vengono evidenziati i vantaggi che le FNM
trarrebbero dall’utilizzo di un sistema AVL completo di GIS diffuso anche sul Web e
vengono illustrate tutte le caratteristiche e funzionalità implementate, dedicando
attenzione ai tipi di mappe utilizzati alla qualità e provenienza dei dati e alle modalità
particolari con è stata realizzata l’interfaccia GIS.
Per finire nelle conclusioni vengono illustrate le riflessioni critiche sul lavoro.
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
1
1
IL SISTEMA DI POSIZIONAMENTO
SATELLITARE (GPS)
La tecnologia di posizionamento satellitare viene utilizzata per determinare la posizione
di oggetti sul globo terrestre. I sistemi AVL fanno uso del GPS per posizionare in tempo
reale i veicoli di una flotta. Nel primo paragrafo viene descritto il sistema GPS con le
sue componenti, il segnale inviato dai satelliti in orbita intorno alla terra, i tipi di misure
effettuate dagli utenti a seconda degli scopi applicativi, la precisione del servizio, con
rapida rassegna di tutte le possibili cause di errore e la configurazione geometrica dei
satelliti. Nel secondo paragrafo vengono descritti i tipi di ricevitori attualmente
disponibili. Nel terzo paragrafo viene spiegato il sistema di posizionamento
differenziale che si distingue da quello assoluto perché effettuato attraverso due
ricevitori GPS anziché uno. Questo metodo permette di ottenere precisioni molto più
elevate attraverso il confronto tra la misura di posizione di un punto con le coordinate
reali  e note del punto stesso. In questo modo è possibile calcolare l’errore compiuto dal
ricevitore GPS ed utilizzarlo per correggere le altre misure. Nel quarto paragrafo viene
descritto il sistema di riferimento delle misure GPS: l’ellissoide WGS84 e vengono
spiegate le differenze con i sistemi di riferimento tipici della cartografia. Nel quinto
paragrafo vengono spiegati i possibili vantaggi nell’utilizzare ricevitori Glonass/GPS
che fanno uso della costellazione statunitense e russa. La nostra applicazione prevede
infatti l’installazione sui locomotori delle FNM di ricevitori in grado di ricevere
entrambi i segnali. Nel sesto ed ultimo paragrafo esponiamo il progetto Galileo che
prevede la messa in orbita di satelliti europei.
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
2
1.1. Il servizio GPS
Il Sistema di Posizionamento Globale GPS, la cui denominazione completa è
NAVSTAR GPS (NAVigation Timing And Ranging Global Positioning System), è un
sistema di navigazione e di posizionamento. E’ basato sulla ricezione, da parte di
apparecchiature appropriate, di complessi segnali, emessi da una costellazione di
satelliti in navigazione intorno alla terra. Tali segnali permettono di ricavare
informazioni relative alla distanza tra satellite e ricevitore e al tempo.
Ipotesi fondamentale sulla quale si basa il GPS è che la posizione dei satelliti nello
spazio risulti nota istante per istante, in modo che, una volta ricavata la distanza
satellite-ricevitore, sia possibile ottenere, mediante la soluzione di un sistema di almeno
tre equazioni in altrettante incognite, le coordinate del punto in cui si trova il ricevitore.
Nel caso più semplice il sistema risulterà composto dalle seguenti tre equazioni:
                        
222
)()()( zzyyxxd
iiii
−+−+−=           i = 1, 2, 3             (1)
dove
d
i
 = 
distanza
 
tra satellite i e ricevitore (misurata)
x
i
, y
i
, z
i
 = coordinate dell’i-esimo satellite (note)
x, y, z = coordinate del ricevitore (incognite)
Le coordinate dei satelliti vengono rilevate con continuità da alcune stazioni terrestri
opportunamente ubicate di cui si parlerà nella sezione 1.1.1.
Il NAVSTAR GPS, sviluppato a scopi militari negli USA, è in grado di fornire
posizione e velocità del ricevitore a qualsiasi ora del giorno e della notte, in qualsiasi
parte del mondo e indipendentemente dalle condizioni atmosferiche con modalità che
verranno spiegate nel paragrafo 1.1.3. Tuttavia, per le vastissime potenzialità
applicative, il sistema è stato usato anche a scopi civili, anche se la gestione della
costellazione di satelliti è rimasta di competenza militare.
Per ovvi motivi di sicurezza il Ministero della Difesa degli USA si riserva la possibilità
di degradare intenzionalmente la precisione del servizio fornito ad alcuni utenti (non
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
3
autorizzati): una nazione ostile potrebbe usare il GPS per guidare missili su postazioni
strategiche avversarie. Più precisamente i livelli di servizio offerti dal GPS sono due:
  PPS, Precise Positioning Service, per l’uso militare;
  SPS, Standard Positioning Service, per l’uso civile;
Il progetto GPS nacque nel Luglio1960 quando il Dipartimento della Difesa USA
costituì la Aerospace Corporation, per applicare i risultati scientifici più recenti ai
sistemi spaziali, a vantaggio della sicurezza nazionale. Dal ’78 al’85 furono messi in
orbita i satelliti del BLOCCO1:11 satelliti, di cui solo 6 operativi; questi ultimi risultano
distribuiti su due piani orbitali inclinati di 63° rispetto al piano equatoriale e ad una
distanza di circa 20.000 km dalla superficie terrestre (Monti, 1997). Nel 1989 iniziò il
lancio dei satelliti del BLOCCO2, portato a termine nel ’93, e comprende 18 satelliti
operativi e 3 di scorta. I piani orbitali presentano un’inclinazione di 55° (per la
generazione di satelliti del BLOCCO2) relativamente al piano equatoriale e una
massima altezza orbitale di 20.200 km (Ruggiero, 1997). La realizzazione di questo
progetto fu possibile grazie ad alcune innovazioni tecnologiche, tra cui la possibilità di
lanciare in orbita satelliti artificiali, e l’esistenza di orologi atomici molto precisi a
prezzi sempre più bassi. Tali orologi hanno permesso l’assegnazione di un’unica ora a
tutti i satelliti detta Ora Mondiale.
1.1.1. Componenti del sistema
Il sistema satellitare è composto da tre parti dette segmenti principali: il segmento
spaziale, il segmento di controllo ed il segmento utente (vedi figura 1.1).
Il segmento spaziale (Monti, 1997) comprende 21 satelliti, di cui 18 attivi e 3 di
scorta, disposti su sei orbite inclinate di 55° sull’equatore e distanziate ciascuna di 60°
in longitudine. Ciò garantisce che da ogni punto della terra siano sempre visibili almeno
quattro satelliti attivi. Ogni satellite completa la propria orbita approssimativamente in
12 ore, il che comporta che, per un osservatore terrestre, un satellite si ripresenti nello
stesso punto della volta celeste dopo un periodo di circa 24 ore.
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
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Figura 1.1 - I tre segmenti che compongono il GPS
I satelliti trasmettono un segnale elettromagnetico con continuità su due frequenze
distinte L
1
=1575.42MHz ed L
2
=1227.6MHz. Tali frequenze sono modulate, attraverso il
codice P (Precision code) e la frequenza L
1
 è modulata anche attraverso il codice C/A
(Coarse/Aquisition code). A questi due codici viene sovrapposto il messaggio di
Navigazione, NAV-msg, che contiene informazioni sullo stato del sistema e dati utili
per le correzioni atmosferiche e per la previsione dell’orbita.
Le principali funzioni del segmento spaziale sono:
  trasmettere informazioni utili agli utenti attraverso l’invio di segnali,
  ricevere e memorizzare le informazioni trasmesse dal segmento di controllo;
  eseguire manovre di correzione dell’orbita;
  mantenere un segnale di tempo molto accurato utilizzando i quattro oscillatori
montati a bordo di ogni satellite.
Il segmento di controllo è composto da una Stazione di Controllo sita a Colorado
Springs, USA, da cinque Stazioni di monitoraggio una a Colorado Springs, le altre
allocate lungo l’equatore (vedi figura 1.2) e da tre antenne terrestri che consentono la
comunicazione con i satelliti.
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
5
Figura 1.2 - Le stazioni di Controllo e Monitoraggio
Le Stazioni di Monitoraggio ricevono in continuo segnali dai satelliti, collezionano dati
sulla posizione spaziale e sugli orologi di ogni satellite. Effettuano misure
metereologiche e inviano tutte le informazioni alla Stazione di Controllo. Qui
dall’analisi di tutti i dati, si ricavano le effemeridi trasmesse, che consentono di
prevedere la posizione del satellite nei futuri 15 minuti, e i fattori correttivi degli
orologi. Questi ultimi, infatti, pur essendo molto precisi hanno delle leggere instabilità
che causano piccoli ritardi. Quindi i messaggi elaborati dalla Stazione di Controllo
vengono trasmessi dalle antenne terrestri ai rispettivi satelliti, i quali inviano un segnale
di conferma ricezione dati attraverso il NAV-msg. Le istruzioni e i messaggi prodotti
dalle elaborazioni della Stazione di Controllo andranno a costituire una parte essenziale
del segnale inviato a terra dai satelliti.
Il segmento utente è costituito da ricevitori dotati di antenna. A seconda che il
ricevitore sia fisso o in movimento, il calcolo della posizione viene effettuato con
modalità diverse: modalità statica nel primo caso e modalità cinematica nel secondo.
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
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 1.1.2. Il segnale GPS
Ogni satellite trasmette in continuo un segnale elettromagnetico su due frequenze, L
1
 e
L
2
, entrambe multiple della frequenza fondamentale f
0
=10.23MHz degli oscillatori
atomici  di bordo, con lunghezza d’onda rispettivamente di 19.05 e 24.45 cm. La scelta
di utilizzare due frequenze si spiega col fatto che nell’attraversare la ionosfera il segnale
subisce perturbazioni diverse a seconda della frequenza del segnale stesso: utilizzando
due frequenze si possono valutare gli effetti del ritardo del segnale.
Le due onde portanti vengono poi modulate mediante due codici: C/A (Course
Acquisition), P (Precise). Entrambi sono sequenze pseudocasuali di +1 –1 che si
ripetono dopo un tempo prestabilito, il codice C/A con frequenza pari a 1/10 f
0
 si ripete
una volta ogni millisecondo, mentre il codice P una volta ogni 267 giorni ed ha
frequenza pari a f
0
.
Il codice C/A, diverso per ogni satellite in modo da consentirne l’individuazione,
trasmesso sul canale L
1
, è stato ideato per scopi di posizionamento grossolano. E’
dedicato a tutte le applicazioni civili convenzionali raccolte sotto la dicitura SPS. La
precisione di questo servizio dipende dalla Selective Availability (SA con cui il
Dipartimento delle Difesa degli USA degrada la qualità del segnale ad uso civile dal
1994) e attualmente gli errori quadratici medi di posizionamento mediante SPS sono
(Baj, 1999):
  60m, posizione nelle spazio,
  50 m, posizione orizzontale,
  80 m, quota.
Il codice P consente ai ricevitori abilitati, quelli militari, di determinare la propria
posizione in modo più preciso, con errori quadratici medi di:
  8 m posizione nello spazio,
  9 m posizione orizzontale,
  14 m quota.
Il Dipartimento delle Difesa degli Stati Uniti ha stabilito che in tempo di pace gli
effetti della SA ridurranno l’accuratezza dello SPS a 100 m nel 95% dei casi di
posizionamento bidimensionale che corrisponde ad un’accuratezza tridimensionale di
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
7
circa 76 m nel 50% dei casi contro quella PPS di 16 m nel 50% dei casi (Ruggiero,
1996).
Entrambi i codici infatti permettono all’utente di calcolare la distanza terra-satellite,
ma dato che solo il codice P compare su entrambe le frequenze, L
1
 e L
2
, solo gli utenti
autorizzati possono effettuare una duplice comparazione in frequenza per compensare il
ritardo di propagazione dovuto alla ionosfera.
Esiste in realtà un terzo codice detto D (Data code) trasmesso su entrambe le
portanti. E’ un codice binario strutturato in modo tale da fornire il Messaggio di
Navigazione, che contiene le informazioni sugli errori degli orologi di bordo, le
effemeridi del satellite da cui proviene il segnale, l’almanacco, il modello ionosferico e
le correzioni per la sincronizzazione degli orologi satellitari.
1.1.3. Le misure
Il segnale inviato dal segmento spaziale, generato da quattro oscillatori ad alta
precisione montati su ogni satellite, viene captato dal ricevitore GPS,  che ne effettua
una replica al momento della ricezione, attraverso un oscillatore interno. Il ricevitore
può effettuare due tipi di misure: misure di pseudorange e misure di fase.
Una misura di pseudorange, generalmente utilizzata per la navigazione, è la distanza
satellite-ricevitore ottenuta misurando il tempo necessario al segnale per giungere dal
satellite alla stazione di ricezione moltiplicandolo poi per la velocità di propagazione
del segnale o velocità della luce. Operativamente si misura l’intervallo di tempo
necessario per allineare il codice generato dal ricevitore con quello generato dal
satellite, si calcola cioè di quanto deve essere traslata, sull’asse dei tempi, la replica del
segnale per sovrapporsi esattamente al codice originario. Il segnale viene emesso dal
satellite al tempo t=t
e
, letto sull’orologio satellitare, mentre la replica avviene al tempo
di ricezione del segnale cioè al tempo t=t
r
, letto sull’orologio del ricevitore, la differenza
tra questi due tempi, rappresenta proprio una misura del tempo che il segnale impiega a
percorrere la distanza satellite terra a meno di una costante. Il prodotto di questo
intervallo per la velocità della luce, è detto pseudorange: esso misura, non solo la
distanza incognita, ma contiene anche errori sistematici che andranno corretti, come
descritto più avanti nella sezione 1.1.4.2.
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
8
L’equazione di pseudorange assume la forma:
                 )( dTdtcdTcp
iii
−⋅+=∆⋅=           i = 1, 2, 3, 4,                                     (2)
dove
p
i
 
= pseudorange tra satellite i e ricevitore
c = velocità della luce
∆ T
i
 = sfasamento di tempo tra satellite i e ricevitore
d
i
 
=distanza spaziale tra satellite i e ricevitore
dt = sincronizzazione tra il tempo del satellite e l’origine
dT
 = 
sincronizzazione tra il tempo del ricevitore e l’origine
Ogni satellite osservato genera un’equazione del tipo (2);  teoricamente, nel caso più
semplice, per calcolare la posizione del ricevitore, basterebbero tre equazioni in
altrettante incognite e quindi tre satelliti. In realtà per ragioni di non sincronizzazione
tra gli orologi satellitari e terrestri le incognite sono quattro e non tre. La distanza
satellite-ricevitore viene infatti calcolata tramite la lettura del tempo sugli orologi dei
due gruppi, facendo l’ipotesi che i quattro orologi (uno terrestre e tre satellitari) siano
perfettamente simultanei. In realtà non lo sono affatto e mentre gli orologi dei satelliti
possono essere considerati adeguatamente sincronizzati ciò non è possibile per il
ricevitore. Nasce così l’esigenza di introdurre come ulteriore incognita lo sfasamento
(offset) tra i due gruppi di orologi. Il ricevitore dovrà essere sempre in grado di
agganciare quattro satelliti contemporaneamente per poter generare quattro equazioni di
distanza e ricavare le coordinate spaziali desiderate, nonché l’offset temporale.
La posizione del ricevitore viene calcolata in tempo reale dal controller del
ricevitore, in seguito all’osservazione simultanea di almeno quattro satelliti. I dati
captati possono anche essere memorizzati e processati in un secondo tempo (modalità di
post-processamento) con il vantaggio che gli errori sistematici potranno essere
parzialmente rimossi attraverso modellizazione analitica. Le precisioni che si ottengono
con questo tipo di osservabile dipendono dal codice sul quale viene effettuata la misura
(Monti, 1997):
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
9
  nel caso di codice C/A l’incertezza nel posizionamento è dell’ordine di 30 m (che
possono salire a 100 m nel caso di SA);
  nel caso do codice P l’incertezza nel posizionamento è di circa 3-5 m.
L’affidabilità del posizionamento aumenta all’aumentare del numero di satelliti
agganciati dal ricevitore: nel caso in cui fossero più di quattro sarebbe possibile, sia in
tempo reale che in post-processamento, ricavare la soluzione che minimizza gli scarti
delle singole equazioni.
Alternativamente viene misurata la differenza di fase tra la portante demodulata del
satellite e quella del ricevitore, ottenuta mediante replica. Lo sfasamento così misurato
rappresenta, a meno di un numero intero di lunghezze d’onda, la distanza  cercata (vedi
equazione 3)
                                            λ⋅= kd                                                                              (3)
dove k rappresenta il numero di cicli intercorsi tra i due estremi e λ  rappresenta la
lunghezza d’onda.
Con questo metodo occorre introdurre un’ulteriore incognita, che rappresenta il
numero di cicli iniziali , cioè quelli avvenuti prima che la due onde fossero in fase. Il
calcolo di questa incognita, ambiguità intera di fase, ha fino ad oggi penalizzato
l’utilizzo delle misure di fase in tempo reale. La precisione delle misure di fase è assai
superiore a quelle di pseudorange, teoricamente circa 2 mm, per questo le misure di fase
sono più utilizzate nel campo del rilievo.
Esistono procedimenti intermedi, che effettuano misure sia di pseudorange che di
fase ed utilizzano la prima, per calcolare l’ambiguità di fase e la seconda, per il calcolo
della posizione. La precisione ottenibile risulta essere intermedia.
1.1.4. La precisione del servizio GPS
Il posizionamento mediante GPS offre due livelli di precisione (De Giusti, 1998):
  L’SPS garantisce un’accuratezza di posizionamento orizzontale di 100 m nel 95%
dei casi e di almeno 300 m nel 99,9%; in verticale l’accuratezza è di 140 m nel 95%
dei casi.
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
10
  Il PPS rende disponibile un posizionamento più accurato e permette un errore
massimo compreso fra 10 e 20 m orizzontalmente, tra 20 e 30 m in verticale.
La precisione ottenuta è però affetta oltre che da errori di misura anche da:
! errori sistematici;
! errori accidentali.
I primi, di entità superiore rispetto ai secondi, costituiscono il reale problema che
impedisce il raggiungimento delle massime potenzialità offerte dal sistema GPS; per
questo motivo vanno eliminati o perlomeno minimizzati.
1.1.4.1. Errori sistematici
•  Errori dovuti all’imprecisione degli orologi
L’errore dell’orologio satellitare, dovuto ad una leggerissima instabilità, può indurre ad
un errore compreso tra 1-3 m (Monti,1997). L’errore sulla distanza, dovuto agli orologi
dei ricevitori, varia tra 10 e 100 m a seconda della qualità del ricevitore (Monti, 1997).
•  Errori d’orbita dei satelliti
La posizione dei satelliti, data in base alle effemeridi trasmesse, è affetta da errore.
Queste, infatti, vengono calcolate al Centro di Controllo in base ai dati registrati nelle
Stazioni di Monitoraggio e rinviate ai satelliti attraverso le antenne terrestri.
Attualmente l’errore è dell’ordine dei 10 m, ma a questo va aggiunta una degradazione
supplementare delle effemeridi, generata dall’ente gestore del sistema (SA), che, nel
caso di uso civile, si ripercuote sulle coordinate della stazione a terra con un errore di
circa 100 m (Monti, 1997).
•  Errori dovuti alla ionosfera
L’errore che la propagazione nella ionosfera può introdurre, arriva a raggiungere, nei
casi peggiori i 30 m (De Giusti, 1998). Questo è il caso di tempeste solari in corso o
elevato numero di macchie solari, oppure quando il sole è esattamente davanti
all’antenna del ricevitore Valori tipici sono dell’ordine dei 4-10 m ed in genere questi
errori sono eliminabili dal 50% al 75% applicando un corretto modello ionosferico ( De
Giusti, 1997).
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
11
•  Errori dovuti alla troposfera
Questo errore è dovuto alla rifrazione dell’atmosfera e dipende dalla stratificazione
dell’aria secca e del vapor d’acqua. Ciò introduce un errore che, se non corretto,
provoca imprecisioni di 2-3 m, tuttavia il modello di correzione è semplice e quindi
nella pratica non vengono introdotti errori determinanti (De Giusti, 1997). L’errore
residuo, praticamente non eliminabile, a meno che non si conoscano esattamente i
profili stratigrafici di umidità e pressione, è causa di errori variabili da 1 a qualche
decina di centimetri, che impediscono di raggiungere le potenzialità del metodo di
posizionamento satellitare.
•  Errore nel ricevitore utenti
Principalmente generato da due contributi:
interferenza tra loro dei segnali agganciati dal ricevitore, errore di intermodulazione
interferenza con il rumore atmosferico e termico presenti nell’ambiente circostante,
errori casuali.
•  Errore dovuto alla disponibilità selettiva (SA)
Si tratta dell’errore che il Dipartimento della Difesa USA si riserva di poter generare in
talune circostanze. Esistono due metodi per realizzare tale deterioramento: introducendo
errori di orologio, diminuendo cioè la precisione dei parametri di correzione, ed errori
nelle effemeridi trasmesse dai satelliti.
•  Anti-Spoofing
Si tratta di una tecnica che permette di crittografare la modulazione del codice P in
modo da renderlo accessibile ai soli utenti autorizzati
1.1.4.2. Errori accidentali
Errore per cammini multipli
Questo tipo di disturbo è causato dalle riflessioni che il segnale subisce da parte della
superficie terrestre e degli oggetti circostanti. Nella pratica si è riscontrato che
l’imprecisione introdotta è minore di quella teorica e comunque inferiore al metro.
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
12
1.1.4.3. La configurazione geometrica del sistema satellitare
L’accuratezza complessiva del posizionamento dipende, oltre che dalla precisione delle
misure nelle quali intervengono gli errori sistematici, anche dalla configurazione
geometrica dei satelliti rispetto al ricevitore. La stima della posizione è tanto più precisa
quanto maggiori sono le differenze di cammino dei segnali provenienti dai satelliti in
vista. La configurazione ideale è quella in cui un satellite si trova sulla verticale del
ricevitore e gli altri satelliti utilizzati sono tutti distanti 120° in azimut, come mostrato in
figura 1.3.
Si è definito un indice detto DOP (Diluition of Precision), che rappresenta il
contributo della configurazione geometrica sull’accuratezza del posizionamento. Tale
indice risulta inversamente proporzionale al numero di satelliti utilizzati e al volume del
solido avente per vertici i satelliti collegati alla stazione a terra : quindi a valori bassi di
DOP corrisponde una situazione favorevole.
Figura 1.3 - Configurazione geometrica dei satelliti. La figura a mostra una
configurazione satellitare favorevole con indice DOP basso mentre la figura b mostra
una condizione sfavorevole con satelliti molto raccolti con indice DOP elevato
Capitolo 1: Il sistema di posizionamento satellitare
13
La precisione del posizionamento risulta circa uguale al DOP per la precisione delle
misure della distanza terra-satellite
(vedi equazione 4).
                                                   
0
σσ ⋅= DOP                                                              (4)
dove
σ  = precisione del posizionamento
σ
0 
=precisione delle misure
DOP =Diluition of precision
1.2. Tipi di ricevitori GPS
Il ricevitore GPS è composto da un’antenna e dal ricevitore  stesso (una “scatola”) che
collegato ad un controller è in grado di fornire le coordinate del punto desiderato.
Esistono sostanzialmente tre tipi di ricevitori (Ruggiero, 1996).
I ricevitori a tracciamento sequenziale tracciano i necessari quattro satelliti con uno
o due canali hardware. L’insieme dei satelliti sarà tracciato uno alla volta combinando
le misure così ottenute soltanto dopo l’acquisizione dei dati di tutti e quattro. Gli
strumenti di questo tipo sono economici, ma forniscono prestazioni modeste.
I ricevitori a tracciamento continuo presentano almeno quattro canali hardware per
tracciare altrettanti satelliti contemporaneamente. Essi sono più costosi e complessi dei
precedenti, ma forniscono prestazioni migliori. Un ricevitore con un numero di canali
hardware superiore a quattro, utilizza i canali in eccedenza  per leggere il messaggio
spaziale, Nav-message, di altri satelliti e per minimizzare gli errori dovuti alla
propagazione del segnale nella ionosfera. Oggi esistono ricevitori a 24 canali.
I ricevitori multiplexati hanno un solo canale hardware che viene fatto commutare
molto rapidamente (circa ogni 5 ms) tra i satelliti che si stanno tracciando,
collezionando continuamente dati.
Il ricevitore risulta spesso collegato ad ulteriori sistemi. Questo collegamento
quando esiste prende il nome di istanza NMEA (National Marine Electronics
Association) e veicola principalmente informazioni sulla posizione, velocità e tempo in
codice ASCII.