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geolocalizzazione
SITI DI TREKKING
QUALI TECNICHE E STRUMENTI PER LA GEOLOCALIZZAZIONE
Global Position System: è un sistema di posizionamento satellitare che permette in ogni istante di conoscere la longitudine la latitudine e l'altezza (rispetto al livello del mare) di un luogo della terra. Nell’impiego più generale il GPS consente la misurazione, oltre che della posizione, anche della velocità del ricevitore relativa alla Terra, attraverso la determinazione dell’effetto Doppler sui radiosegnali. È gestito dal governo degli Stati Uniti d'America ed è liberamente accessibile da chiunque sia dotato di un ricevitore GPS. Il suo grado attuale di accuratezza è dell'ordine di pochi metri, ma dipende dalla quantità di satelliti visibili (minimo 4: a livello teorico matematico il ricevitore deve risolvere un sistema di 4 incognite - latitudine, longitudine, altezza, tempo - per fare ciò servono 4 equazioni, cioè il segnale di 4 satelliti) dalla qualità e dal tipo di ricevitore ed è influenzato dalla teoria della relatività che causa un anticipo di tempo sui satelliti rispetto al tempo terrestre (l'esistenza di tale anticipo è considerato una verifica della teoria di Einstein). Il sistema è formato da 31 satelliti, ognuno di essi ha al suo interno un preciso orologio atomico e invia continuamente un segnale radio contenente la sua posizione, e l’orario di trasmissione del segnale. A secondo della distanza dei vari satelliti i segnali arrivano al ricevitore in tempi differenti, confrontando l'orario del clock del ricevitore con quello presente nel segnale si calcola la distanza dal satellite e ricevendo anche la posizione è possibile con una semplice interpolazione stimare la posizione del ricevitore. Ovviamente la precisione del risultato è fortemente influenzata dalla qualità del clock dell'apparato di ricezione del segnale GPS. Infine, è molto rilevante il problema del "rimbalzo" del segnale fra edifici, pareti rocciose, canali, boschi eccetera. Un aspetto molto vantaggioso è quello che il sistema non ha bisogno di alcuna ricezione telefonica o di internet (anche se alcune applicazioni necessitano di quest'ultima).
Nota: il dipartimento di difesa degli USA si riserva il diritto di ridurre la copertura del segnale, la sua accuratezza o sospendere del tutto il servizio in qualunque momento.
Sistema Galileo: è un ambizioso progetto europeo di posizionamento satellitare, nato per la necessità di eliminare il monopolio USA sul servizio di posizionamento terrestre globale. Il progetto è stato avviato nel 2003 con un accordo tra l'Unione europea e l'Agenzia Spaziale Europea (ESA). Il sistema Galileo è rivolto principalmente al settore civile-commerciale mondiale, sarà sempre gratuito, anche se un servizio criptato a larga banda e alta accuratezza sarà fornito ad un costo aggiuntivo per usi commerciali. Attualmente il servizio è funzionante con 30 satelliti orbitanti (24 operativi e 6 di scorta). Rispetto al sistema GPS Galileo offre una maggior accuratezza nella geolocalizzazione e copertura con più satelliti specialmente alle alte latitudini. Il sistema Galileo è completamente indipendente dal sistema GPS con la caratteristica di non interferire con l'operabilità di quest'ultimo ("principio di compatibilità") anche se è con esso interoperabile ("principio di interoperabilità"). Il principio di funzionamento è uguale per entrambi. Offre una precisione di un metro per gli utenti civili e di pochi centimetri per gli utenti autorizzati.
Sistema GLONASS: è un sistema di posizionamento globale russo, ed è gestito dalle Forze Spaziali Russe (VKS). Attualmente sono in orbita 31 satelliti di cui 24 in funzione 4 di scorta e 3 non più operativi, ciò permette una ottima copertura con una accuratezza uguale a quella dei sistemi GPS e Galileo.
Sistema BeiDou-3: è un sistema di posizionamento ultrapreciso cinese, che sostituisce i sistemi BeiDou-1 e BeiDou-2. Utilizza 30 satelliti di cui 3 geostazionari. La copertura del sistema è quasi globale (escluse le sole aree polari), offre un miglioramento della precisione rispetto agli altri sistemi, miglioramento reso possibile grazie alle tecnologie di ultima generazione, non disponibili quando erano stati progettati gli altri sistemi. L'implementazione di tale sistema è stata realizzata per rendere indipendente la Cina dai sistemi di navigazione stranieri.
Quasi-Zenith Satellite System (QZSS): è stato sviluppato dal Giappone e gestito dalla JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). Fornisce copertura regionale per Giappone, Australia e Asia orientale; inizialmente è stato sviluppato come supporto al sistema GPS per fornire una maggior accuratezza dei dati di posizionamento. Il sistema prevedeva l'utilizzo di tre satelliti, poi la costellazione è stata espansa a quattro. E' di proprietà del governo Giapponese, tramite quattro ministeri. Nel 2016 un accordo fra l'Agenzia Spaziale Europea e il governo Giapponese ha integrato questo sitema nel nel sistema di posizionamento europeo Galileo. I satelliti ruotano attorno alla terra in un orbita inclinata altamente ellittica e offre una precisione di posizionamento fino a 1/2 metri.
Indian Regional Navigation Satellite System (NavIC): Sistema di navigazione satellitare sviluppato dall’India e gestito dall’ISRO (Indian Space Research Organisation). E' un sistema regionale autonomo che copre la regione dell'India, ma che è previsto in espansione con una copertura globale entro il 2025. Il sistema è composto da una costellazione di sette satelliti geostazionari e offre una precisione fino a 5 metri. Il servizio non è garantito in occasioni di eventi ostili.
I ricevitori G N S S: sono la strumentazione necessaria per usufruire del servizio che i sistemi visti sopra mettono a disposizione, ottenendo le coordinate geografiche in 3D. Tutto questo avviene elaborando i segnali ricevuti dai satelliti, su cui si basa il sistema, ed effettuando i calcoli necessari per ottenere le informazioni del posizionamento del punto dove si trova il ricevitore. Questa informazione viene poi resa disponibile a varie applicazioni per i più svariati impieghi (navigazione veicolare, tracciamento di percorsi outdoors fatti a piedi o in bicicletta, rilievi topografici per mappe e carte geografiche, etc.) che la elabora. La navigazione veicolare, oltre ad agire in modo passivo mostrando la posizione del veicolo, può agire in modo attivo e utilizzando carte digitalizzate è in grado di determinare il percorso migliore fra il punto dove è posizionato il ricevitore e la meta da raggiungere. Un ricevitore dispone di un certo numero di canali, questo determina il numero di satelliti che è in grado di monitorare simultaneamente (maggiore è il numero di satelliti visibili, migliore sarà l'approssimazione del risultato ottenuto). Il numero di canali è stato incrementato progressivamente nel tempo. Tipicamente un moderno ricevitore commerciale dispone di un numero di canali compreso tra 20 e 32 anche se sono disponibili ricevitori con un numero maggiore. In questo capitolo si parla di ricevitori GNSS che sono quelli che possono decodificare le informazioni di tutti i sistemi: GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou; mentre i ricevitori GPS possono operare solo con il sistema degli Stati Uniti.
Le coordinate geografiche: servono per individuare un punto della superfice terrestre, esse sono la latitudine, la longitudine e l'altitudine. La latitudine è la distanza angolare che intercorre fra un punto e l'equatore; la longitudine è la distanza angolare fra un punto e un parallelo di riferimento (per convenzione quello che passa per Greenwich); l'altitudine è la distanza verticale fra un punto e il livello del mare (chiamato livello zero). Latitudine e longitudine si misurano in gradi nelle forme:
Esiste un ulteriore modo per indicare la latitudie e longitudine, attraverso la "proiezione universale trasversa di Mercatore" (matematico, astronomo e cartografo fiammingo); cioè la proiezione della superfice terrestre su un piano. Nella proiezione UTM la terra viene divisa in 60 fusi longitudinali di 6° ciascuno e in 20 fasce di latitudine di 8°. In tal modo si generano 1200 zone ugnuna individuata da in modo univoco da un numero e una lettera.
A cosa serve il Gps nell'uso outdoor: il GPS è un sistema molto utile nell'escursionismo, sia per seguire un itinerario già precostituito (traccia e punti di interesse), sia per registrare una traccia dell'itinerario che stiamo percorrendo. Con il sistema GPS è possibile:
Quali strumenti e applicazioni utilizzare nell'outdoor:
Nota: le tracce qui presenti sono state create con smartphone Huawei P9 Plus e ORUX MAPS. Ho potuto controllare la buona qualità delle traccie percorse verificandone la coincidenza con i sentieri presenti sulle mappe. Anche l'altitudine viene segnalata con buona approssimazione. Solo in particolari situazioni di localizzazione: valloni profondi e stretti, versante nord della montagna (nel triangolo lariano) si può incorrere in scarsa precisione.
Nota1: a partire da inizio 2024 ho sostituito il mio smartphone Huawei P9 Plus con OnePlus 11 5G, che utilizza come processore lo Snapdragon 8 Gen 2, attualmente il più performante nel mobile. Caratteristiche a questo link. Ho potuto constatare l'ottimo grado di precisione dei percorsi che ho tracciato, la mia traccia si sovrappone precisamente con quella sulla mappa, certamente fatta con strumenti GPS professionali. Per capire la traccia e la statistica di un itinerario se è stata fatta con Huawei P9 Plus oppure con OnePlus 11 5G è sufficente visualizzare la statistica, se ha sfondo grigio ho usato Huawei P9 Plus.
Global Position System: è un sistema di posizionamento satellitare che permette in ogni istante di conoscere la longitudine la latitudine e l'altezza (rispetto al livello del mare) di un luogo della terra. Nell’impiego più generale il GPS consente la misurazione, oltre che della posizione, anche della velocità del ricevitore relativa alla Terra, attraverso la determinazione dell’effetto Doppler sui radiosegnali. È gestito dal governo degli Stati Uniti d'America ed è liberamente accessibile da chiunque sia dotato di un ricevitore GPS. Il suo grado attuale di accuratezza è dell'ordine di pochi metri, ma dipende dalla quantità di satelliti visibili (minimo 4: a livello teorico matematico il ricevitore deve risolvere un sistema di 4 incognite - latitudine, longitudine, altezza, tempo - per fare ciò servono 4 equazioni, cioè il segnale di 4 satelliti) dalla qualità e dal tipo di ricevitore ed è influenzato dalla teoria della relatività che causa un anticipo di tempo sui satelliti rispetto al tempo terrestre (l'esistenza di tale anticipo è considerato una verifica della teoria di Einstein). Il sistema è formato da 31 satelliti, ognuno di essi ha al suo interno un preciso orologio atomico e invia continuamente un segnale radio contenente la sua posizione, e l’orario di trasmissione del segnale. A secondo della distanza dei vari satelliti i segnali arrivano al ricevitore in tempi differenti, confrontando l'orario del clock del ricevitore con quello presente nel segnale si calcola la distanza dal satellite e ricevendo anche la posizione è possibile con una semplice interpolazione stimare la posizione del ricevitore. Ovviamente la precisione del risultato è fortemente influenzata dalla qualità del clock dell'apparato di ricezione del segnale GPS. Infine, è molto rilevante il problema del "rimbalzo" del segnale fra edifici, pareti rocciose, canali, boschi eccetera. Un aspetto molto vantaggioso è quello che il sistema non ha bisogno di alcuna ricezione telefonica o di internet (anche se alcune applicazioni necessitano di quest'ultima).
Nota: il dipartimento di difesa degli USA si riserva il diritto di ridurre la copertura del segnale, la sua accuratezza o sospendere del tutto il servizio in qualunque momento.
Sistema Galileo: è un ambizioso progetto europeo di posizionamento satellitare, nato per la necessità di eliminare il monopolio USA sul servizio di posizionamento terrestre globale. Il progetto è stato avviato nel 2003 con un accordo tra l'Unione europea e l'Agenzia Spaziale Europea (ESA). Il sistema Galileo è rivolto principalmente al settore civile-commerciale mondiale, sarà sempre gratuito, anche se un servizio criptato a larga banda e alta accuratezza sarà fornito ad un costo aggiuntivo per usi commerciali. Attualmente il servizio è funzionante con 30 satelliti orbitanti (24 operativi e 6 di scorta). Rispetto al sistema GPS Galileo offre una maggior accuratezza nella geolocalizzazione e copertura con più satelliti specialmente alle alte latitudini. Il sistema Galileo è completamente indipendente dal sistema GPS con la caratteristica di non interferire con l'operabilità di quest'ultimo ("principio di compatibilità") anche se è con esso interoperabile ("principio di interoperabilità"). Il principio di funzionamento è uguale per entrambi. Offre una precisione di un metro per gli utenti civili e di pochi centimetri per gli utenti autorizzati.
Sistema GLONASS: è un sistema di posizionamento globale russo, ed è gestito dalle Forze Spaziali Russe (VKS). Attualmente sono in orbita 31 satelliti di cui 24 in funzione 4 di scorta e 3 non più operativi, ciò permette una ottima copertura con una accuratezza uguale a quella dei sistemi GPS e Galileo.
Sistema BeiDou-3: è un sistema di posizionamento ultrapreciso cinese, che sostituisce i sistemi BeiDou-1 e BeiDou-2. Utilizza 30 satelliti di cui 3 geostazionari. La copertura del sistema è quasi globale (escluse le sole aree polari), offre un miglioramento della precisione rispetto agli altri sistemi, miglioramento reso possibile grazie alle tecnologie di ultima generazione, non disponibili quando erano stati progettati gli altri sistemi. L'implementazione di tale sistema è stata realizzata per rendere indipendente la Cina dai sistemi di navigazione stranieri.
Quasi-Zenith Satellite System (QZSS): è stato sviluppato dal Giappone e gestito dalla JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). Fornisce copertura regionale per Giappone, Australia e Asia orientale; inizialmente è stato sviluppato come supporto al sistema GPS per fornire una maggior accuratezza dei dati di posizionamento. Il sistema prevedeva l'utilizzo di tre satelliti, poi la costellazione è stata espansa a quattro. E' di proprietà del governo Giapponese, tramite quattro ministeri. Nel 2016 un accordo fra l'Agenzia Spaziale Europea e il governo Giapponese ha integrato questo sitema nel nel sistema di posizionamento europeo Galileo. I satelliti ruotano attorno alla terra in un orbita inclinata altamente ellittica e offre una precisione di posizionamento fino a 1/2 metri.
Indian Regional Navigation Satellite System (NavIC): Sistema di navigazione satellitare sviluppato dall’India e gestito dall’ISRO (Indian Space Research Organisation). E' un sistema regionale autonomo che copre la regione dell'India, ma che è previsto in espansione con una copertura globale entro il 2025. Il sistema è composto da una costellazione di sette satelliti geostazionari e offre una precisione fino a 5 metri. Il servizio non è garantito in occasioni di eventi ostili.
I ricevitori G N S S: sono la strumentazione necessaria per usufruire del servizio che i sistemi visti sopra mettono a disposizione, ottenendo le coordinate geografiche in 3D. Tutto questo avviene elaborando i segnali ricevuti dai satelliti, su cui si basa il sistema, ed effettuando i calcoli necessari per ottenere le informazioni del posizionamento del punto dove si trova il ricevitore. Questa informazione viene poi resa disponibile a varie applicazioni per i più svariati impieghi (navigazione veicolare, tracciamento di percorsi outdoors fatti a piedi o in bicicletta, rilievi topografici per mappe e carte geografiche, etc.) che la elabora. La navigazione veicolare, oltre ad agire in modo passivo mostrando la posizione del veicolo, può agire in modo attivo e utilizzando carte digitalizzate è in grado di determinare il percorso migliore fra il punto dove è posizionato il ricevitore e la meta da raggiungere. Un ricevitore dispone di un certo numero di canali, questo determina il numero di satelliti che è in grado di monitorare simultaneamente (maggiore è il numero di satelliti visibili, migliore sarà l'approssimazione del risultato ottenuto). Il numero di canali è stato incrementato progressivamente nel tempo. Tipicamente un moderno ricevitore commerciale dispone di un numero di canali compreso tra 20 e 32 anche se sono disponibili ricevitori con un numero maggiore. In questo capitolo si parla di ricevitori GNSS che sono quelli che possono decodificare le informazioni di tutti i sistemi: GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou; mentre i ricevitori GPS possono operare solo con il sistema degli Stati Uniti.
Le coordinate geografiche: servono per individuare un punto della superfice terrestre, esse sono la latitudine, la longitudine e l'altitudine. La latitudine è la distanza angolare che intercorre fra un punto e l'equatore; la longitudine è la distanza angolare fra un punto e un parallelo di riferimento (per convenzione quello che passa per Greenwich); l'altitudine è la distanza verticale fra un punto e il livello del mare (chiamato livello zero). Latitudine e longitudine si misurano in gradi nelle forme:
- Gradi, minuti, secondi (DMS), talvolta i secondi hanno i decimali, per una maggior precisione.
- Gradi, minuti decimali (DM).
- Gradi decimali (DD) da 4 a 6 cifre decimali.
Esiste un ulteriore modo per indicare la latitudie e longitudine, attraverso la "proiezione universale trasversa di Mercatore" (matematico, astronomo e cartografo fiammingo); cioè la proiezione della superfice terrestre su un piano. Nella proiezione UTM la terra viene divisa in 60 fusi longitudinali di 6° ciascuno e in 20 fasce di latitudine di 8°. In tal modo si generano 1200 zone ugnuna individuata da in modo univoco da un numero e una lettera.
A cosa serve il Gps nell'uso outdoor: il GPS è un sistema molto utile nell'escursionismo, sia per seguire un itinerario già precostituito (traccia e punti di interesse), sia per registrare una traccia dell'itinerario che stiamo percorrendo. Con il sistema GPS è possibile:
- Prima dell'escursione: prepararla con l'ausilio di un computer, mappe digitali e tracce disponibili in rete (in genere le mappe digitali sono completate con l'indicazione dei sentieri principali).
- Durante l'escursione ci consente di verificare se stiamo seguendo la traccia pianificata, visualizzare la nostra posizione (utile in caso di necessità di soccorso), tempo e distanza percorsa e altezza raggiunta.
- Dopo l'escursione è possibile verificare da dove si è transitato e ricavare una statistica relativa all'escursione stessa. Il percorso effettuato è visualizzabile su applicazioni on-line, quali ad esempio Google Earth con le sue mappe satellitari.
Quali strumenti e applicazioni utilizzare nell'outdoor:
- Hardware: ci sono molti strumenti, in questo sito parlerò degli smartphone, perchè ormai tutti abbiamo in tasca (nello zaino) uno smartphone. Ormai ogni smartphone integra nel suo hardware un ricevitore GNSS, per cui con esso abbiamo sempre la possibilita dei geolocalizzare la nostra posizione. Vi sono comunque dei svantaggi rispetto ai dispositivi dedicati: la minor precisione del ricevitore, la scarsa durata della batteria (una possibilità di rimedio è attivare la funzione "aereo", in modo tale che lo smartphone non consumi energia per collegarsi alla rete telefonica), l'intrinseca delicatezza dello strumento in quanto non progettato per resistere a cadute urti polvere pioggia.
- Software: ci sono molte app per smartphone, io uso da anni "ORUX MAPS", un'applicazione veramente completa che offre una serie quasi infinita di "feature". E' possibile registrare una traccia, salvarla in un data base, creare waypoint e salvarli, avere liste delle tracce e dei waypoint salvati, scaricare le mappe da internet e utilizzarle off line durante l'escursione (indispensabile in caso di mancanza di copertura del segnale telefonico), parecchie mappe disponibili. L'unico difetto è che è poco intuitiva, ma esistono in internet vari siti che offrono una visione dell'utilizzo; purtroppo però tutti questi siti fanno riferimento a versioni del software ormai superate. L'app si può scaricare da Google store pagando pochi euro.
- Poichè ORUX MAPS, non dispone di info sulla qulità del segnale GPS che sta utilizzando ho scaricato l'app gratuita "Stato GPS" che fornisce info su: posizione e intensità di segnale dei satelliti, precisione, velocità, accelerazione, altitudine, orientamento, rollio, imbardata e stato batteria. Strumenti inclusi: bussola con nord magnetico e geografico, livella, segna o condividi la tua posizione e ripercorrila più tardi.
Nota: le tracce qui presenti sono state create con smartphone Huawei P9 Plus e ORUX MAPS. Ho potuto controllare la buona qualità delle traccie percorse verificandone la coincidenza con i sentieri presenti sulle mappe. Anche l'altitudine viene segnalata con buona approssimazione. Solo in particolari situazioni di localizzazione: valloni profondi e stretti, versante nord della montagna (nel triangolo lariano) si può incorrere in scarsa precisione.
Nota1: a partire da inizio 2024 ho sostituito il mio smartphone Huawei P9 Plus con OnePlus 11 5G, che utilizza come processore lo Snapdragon 8 Gen 2, attualmente il più performante nel mobile. Caratteristiche a questo link. Ho potuto constatare l'ottimo grado di precisione dei percorsi che ho tracciato, la mia traccia si sovrappone precisamente con quella sulla mappa, certamente fatta con strumenti GPS professionali. Per capire la traccia e la statistica di un itinerario se è stata fatta con Huawei P9 Plus oppure con OnePlus 11 5G è sufficente visualizzare la statistica, se ha sfondo grigio ho usato Huawei P9 Plus.
