Calcolo della posizione di reti di stazioni permanenti

Con il trascorrere del tempo, le reti di stazioni permanenti GNSS (Global Navigation Satellite System) divengono sempre più un valido supporto alle tecniche di rilevamento satellitare. Esse sono al tempo stesso un’efficace materializzazione del sistema di riferimento e un utile ausilio ad applicazioni di rilevamento topografico e di monitoraggio per il controllo di deformazioni. Alle ormai classiche applicazioni statiche in post-processamento, si affiancano le misure in tempo reale sempre più utilizzate e richieste dall’utenza professionale. In tutti i casi risulta molto importante la determinazione di coordinate precise per le stazioni permanenti, al punto che si è deciso di effettuarla tramite differenti ambienti di calcolo. Sono stati confrontati il Bernese, il Gamit (che condividono l’approccio differenziato) e il Gipsy (che utilizza l’approccio indifferenziato). L’uso di tre software ha reso indispensabile l’individuazione di una strategia di calcolo comune in grado di garantire che, i dati ancillari e i parametri fisici adottati, non costituiscano fonte di diversificazione tra le soluzioni ottenute. L’analisi di reti di dimensioni nazionali oppure di reti locali per lunghi intervalli di tempo, comporta il processamento di migliaia se non decine di migliaia di file; a ciò si aggiunge che, talora a causa di banali errori, oppure al fine di elaborare test scientifici, spesso risulta necessario reiterare le elaborazioni. Molte risorse sono quindi state investite nella messa a punto di procedure automatiche finalizzate, da un lato alla preparazione degli archivi e dall’altro all’analisi dei risultati e al loro confronto qualora si sia in possesso di più soluzioni. Dette procedure sono state sviluppate elaborando i dataset più significativi messi a disposizione del DISTART (Dipartimento di Ingegneria delle Strutture, dei Trasporti, delle Acque, del Rilevamento del Territorio - Università di Bologna). E’ stato così possibile, al tempo stesso, calcolare la posizione delle stazioni permanenti di alcune importanti reti locali e nazionali e confrontare taluni fra i più importanti codici scientifici che assolvono a tale funzione. Per quanto attiene il confronto fra i diversi software si è verificato che: • le soluzioni ottenute dal Bernese e da Gamit (i due software differenziati) sono sempre in perfetto accordo; • le soluzioni Gipsy (che utilizza il metodo indifferenziato) risultano, quasi sempre, leggermente più disperse rispetto a quelle degli altri software e mostrano talvolta delle apprezzabili differenze numeriche rispetto alle altre soluzioni, soprattutto per quanto attiene la coordinata Est; le differenze sono però contenute in pochi millimetri e le rette che descrivono i trend sono comunque praticamente parallele a quelle degli altri due codici; • il citato bias in Est tra Gipsy e le soluzioni differenziate, è più evidente in presenza di determinate combinazioni Antenna/Radome e sembra essere legato all’uso delle calibrazioni assolute da parte dei diversi software. E’ necessario altresì considerare che Gipsy è sensibilmente più veloce dei codici differenziati e soprattutto che, con la procedura indifferenziata, il file di ciascuna stazione di ciascun giorno, viene elaborato indipendentemente dagli altri, con evidente maggior elasticità di gestione: se si individua un errore strumentale su di una singola stazione o se si decide di aggiungere o togliere una stazione dalla rete, non risulta necessario il ricalcolo dell’intera rete. Insieme alle altre reti è stato possibile analizzare la Rete Dinamica Nazionale (RDN), non solo i 28 giorni che hanno dato luogo alla sua prima definizione, bensì anche ulteriori quattro intervalli temporali di 28 giorni, intercalati di sei mesi e che coprono quindi un intervallo temporale complessivo pari a due anni. Si è così potuto verificare che la RDN può essere utilizzata per l’inserimento in ITRF05 (International Terrestrial Reference Frame) di una qualsiasi rete regionale italiana nonostante l’intervallo temporale ancora limitato. Da un lato sono state stimate le velocità ITRF (puramente indicative e non ufficiali) delle stazioni RDN e, dall’altro, è stata effettuata una prova di inquadramento di una rete regionale in ITRF, tramite RDN, e si è verificato che non si hanno differenze apprezzabili rispetto all’inquadramento in ITRF, tramite un congruo numero di stazioni IGS/EUREF (International GNSS Service / European REference Frame, SubCommission for Europe dello International Association of Geodesy).

A precise and accurate coordinates estimation of GNSS (Global Navigation Satellite System) networks is very important; it can be obtained by using many software and following several strategies. One aim of the present work is to evaluate the differences of final solutions coming from different adjustment approaches and software parameterizations. Three different scientific software have been employed: Bernese, Gamit/Globk/Glorg and Gipsy/Oasis II. The Bernese and Gamit software systems adopt the classical approach (based on double phase difference), while the Gipsy software implements the Precise Point Position approach. In order to follow the EUREF (“European REference Frame, SubCommission for Europe” of the “International Association of Geodesy”) guidelines for network densification, harmonization of the ancillary products and options was needed. These guidelines consist of a list of indications covering all phases of data processing. Analyzing the solutions obtained by processing large amounts of data by means of the three software packages, the creation of a dedicated automatic pre and post-processing procedure became necessary. The realization of these procedures permitted data analysis and processing in a very short time. This technical aspect is mandatory considering the elaboration of regional GNSS networks or local networks for a long time span. These procedures were developed by processing the most significant datasets made available to the DISTART (Dipartimento di Ingegneria delle Strutture, dei Trasporti, delle Acque, del Rilevamento del Territorio - a Department of the University of Bologna). Therefore it has been possible to calculate the position of permanent stations of some important local and national networks and to compare some of the most important scientific codes at the same time. Some final considerations concerning the comparison between different software are listed below: • The solutions obtained by differentiated approaches (Bernese and Gamit) are very close one to each other; • Gipsy solutions (using undifferentiated method) are frequently slightly more scattered than those coming from other software and sometimes they show larger differences mostly regarding the East component; nevertheless, the same differences range a few millimetres, and the trend describing lines are nearly parallel to those referring to the other two codes; • The bias in the East component between Gipsy and differentiated solutions, is more evident in some combinations Antenna/Radome and appears to be related to the use of “absolute antenna calibrations” performed by different software. Anyway, an important consideration coming from software comparison is that Gipsy is faster and more flexible than the others: if an instrumental error is detected on a single station or if you decide to add or remove a station from the network, recalculation of the entire network will not be necessary. The RDN (Rete Dinamica Nazionale) was also analyzed. It has been possible to verify that RDN can be used in order to frame any regional Italian network in ITRF05 (International Terrestrial Reference Frame). On one hand, the trend ITRF (a purely indicative and non-official trend) of the stations RDN has been estimated, on the other, the framework of a regional network in ITRF by means of RDN has been tested.