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Stefano Gandolfi

Professore ordinario

Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali

Settore scientifico disciplinare: ICAR/06 TOPOGRAFIA E CARTOGRAFIA

Temi di ricerca

Parole chiave: Navigazione Reti di stazioni permanenti GNSS GPS Rilievo Monitoraggio Geodesia Antartide Catasto

L'attività scientifica svolta fino ad oggi si riferisce principalmente tematiche legate alla Geodesia Operativa con particolare riferimento alla Geodesia Satellitare ed agli aspetti del rilievo di piccola media e grande scala.

Una delle più rilevanti attività scientifiche condotte in questi anni si deve alla collaborazione con il progetto di ricerca di Geodesia nell'ambito del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (P.N.R.A). Le attività di ricerca svolte in tale ambito sono il frutto della partecipazione a sei campagne Antartiche negli ultimi sette anni. Tali attività investono un ampio raggio di discipline per la maggior parte di carattere applicativo. In tali condizioni climatiche ambientali, le metodologie satellitari (GPS, Doris, SAR e Satellite Altimeter) giocano un ruolo dominante nel campo del rilievo a qualsiasi scala.

Altro argomento di ricerca, degli ultimi anni di ricerca, è costituito dallo studio delle problematiche relative ai seguenti aspetti del rilievo:

- determinazione delle coordinate di Punti fiduciali catastali mediante metodologia GPS-RTK con particolare riguardo alle metodologie di trasmissione della correzione RTK (radio VHF, GSM, GSM-internet);

- implementazione di sensori (GPS, piattaforme inerziali e odometri) su un veicolo per applicazioni di Mobile Mapping;

- problematiche relative alla realizzazione di un progetto di stazioni GPS permanenti a scopo tecnico (per un utilizzo in tempo reale).

 Più nel dettaglio, l'utilizzo delle tecniche di posizionamento in tempo reale che utilizzano l'approccio multi-reference station, costituisce argomento estremamente attuale e di conseguenza negli anni 2004-2006 sono stati eseguiti studi e test su differenti software (GPS-Net Trimble-Terrasat, GEO++ Leica) in grado di gestire tali reti di stazioni GPS permanenti e di permettere realmente all'operatore di eseguire rilievi in modalità cinematica in autonomia. A tal riguardo sono stati eseguiti studi anche teorici sulla possibilità d'impiego di tali sistemi in ambito tecnico e sono state affrontate le problematiche relative all'adozione di diverse soluzioni tecniche per il trasferimento delle correzioni all'utenza (VRS, FKP, …).

 Altro argomento di grande interesse anch'esso riguardante l'attività di ricerca degli ultimi anni è relativo all'utilizzo e studio della tecnica di posizionamento PPP (Precise Point Positioning) sia in modalità statica sia per applicazioni cinematiche. In tale ambito, ha approfondito le problematiche relative alle precisioni raggiungibili con tale tecnica al variare della finestra di osservazioni, sia in ambito italiano sia in ambito antartico.

 Recentemente si sta inoltre occupando di problematiche relative a:

 - navigazione geodetica, realizzata mediante sistemi integrati di navigazione e delle problematiche legate a rilievi MMS in aree di scarsa visibilità satellitare collaborando con la ditta SITECO informatica per quanto attiene lo studio di algoritmi per il post trattamento dei rilievi utilizzando misure esterne ottenute per via topografica tradizionale

- calcolo di reti di stazioni GNSS permanenti e confronto tra software di calcolo differenti ed approcci di calcolo differenti: GIPSY/OASIS II, Gamit, Bernese

- sistemi di monitoraggio di edifici e strutture monumentali con apparati a basso costo GNSS

- Reti di stazioni permanenti GNSS per applicazioni di emergenza con la realizzazione di una stazione GNSS di riferimento completamente autonoma connessa con centri di raccolta ed elaborazione del dato in tempo reale.



L'attività scientifica si riferisce principalmente alla Geodesia Operativa con particolare riferimento alla Geodesia Satellitare ed agli aspetti del rilievo di piccola media e grande scala nonché a problematiche relative all'utilizzo della tecnica di misura GPS per la definizione delle ondulazioni geoidiche e alla rappresentazione del territorio.

 Più in particolare, per quanto riguarda gli aspetti del rilievo classico tridimensionale a grande scala, l'attività ha prevalentemente riguardato gli aspetti relativi alla determinazione delle coordinate dei punti d'appoggio per la fotogrammetria dei vicini al fine del rilievo di Beni Culturali mediante l'utilizzo di reti tridimensionali rilevate con strumenti topografici classici (Teodoliti, distanziometri, livelli e Stazioni Totali). In particolare si è occupato degli aspetti organizzativi, delle misure in sito e della fase di analisi e compensazione delle misure stesse. Per la parte di compensazione sono stati utilizzati diversi software di tipo scientifico commerciali quali ad esempio StarNet, Geolab, Meridiana, nelle varie versioni. Gli oggetti di studio in tale ambito sono:

  • il rilievo delle coordinate dei punti d'appoggio per la fotogrammetria dei vicini di una facciata di un chiostro interno nella Chiesa di S.Domenico (Bologna);
  • il rilievo delle coordinate dei punti d'appoggio per la fotogrammetria dei vicini di una facciata di un chiostro interno nella Chiesa di S.Stefano (Bologna);
  • il rilievo delle coordinate dei punti d'appoggio per la fotogrammetria aerea e dei vicini di una parte di spiaggia nel bacino del Brasimone (Castiglione dei Pepoli – Bologna);
  • il rilievo di alcuni siti archeologici, e relativo inquadramento cartografico, di villaggi della civiltà pre-columbiana nell'area della valle di Chacas (Perù).

 

Per quanto riguarda gli aspetti del rilievo a media e piccola scala ai fini dello studio delle deformazioni, l'attività ha prevalentemente riguardato l'ambito della Geodesia Operativa Spaziale ed in particolare la metodologia GPS in modalità statica. Anche in questo settore si è occupato di aspetti realizzativi, di misura, di elaborazione e compensazione dei dati.

Per la parte di elaborazione sono stati utilizzati software di tipo commerciale (GPSurvey, Trimvec, ecc..) di tipo scientifico-commerciale (Geotracer, AOS, Trimble Geomatic Office, Geogenius, Pinnacle) e di tipo scientifico (Bernese, Gipsy-Oasis II). Per la parte di Compensazione sono stati utilizzati software scientifici quali NetGPS e Geolab. Le applicazioni principali si riferiscono alle seguenti reti:

  • rete per misure GPS denominata TYRGEONET (che si sviluppa in tutta l'area del Mediterraneo con vertici in Italia, Ex-Jugoslavia, Albania, Grecia, Tunisia, Francia, ecc…) istituita per lo studio delle deformazioni crostali dell'intero Bacino Mediterraneo;
  • rete per misure GPS denominata GEOMODAP istituita per il controllo delle deformazioni crostali nel Appennino Centro-Meridionale;
  • rete per misure classiche dello Stretto di Messina istituita per il controllo delle deformazioni dell'area ripetuta con metodologie GPS;
  • rete per misure GPS inserita all'interno del Progetto NAG (Neapolitan Area Geoid) rete nata per la determinazione delle variazioni delle ondulazioni geoidiche puntuali nel tempo a seguito di movimenti di grosse masse di magma presenti nel sottosuolo mediante la tecnica GPS/Livellazione;
  • rete istituita e rilevata nell'area delle isole Eolie per il controllo delle deformazioni dell'area coordinata dall'Osservatorio Vesuviano di Ercolano (Napoli) dal nome “Progetto Eolie”;
  • rete GPS nell'areadi Travale (Siena), istituita per il controllo dei movimenti in un area interessata da processi di origine Geotermici;

 La metodologia spaziale GPS ha trovato però largo impiego non solo per il rilievo di reti a media e piccola scala (dove è necessario un impiego di tipo statico) ma anche nel rilievo di dettaglio. Come noto tale metodologia utilizzata in modalità rapido-statica, cinematica e differenziale, permette di rilevare con un buon rapporto velocità/precisione un numero elevato di punti al fine di fornire una caratterizzazione più completa dell'area in esame. In tale ambito, l'attività di ricerca svolta ha permesso un approfondimento di tale metodologia non solo per fini propri ma anche in ambito multidisciplinare integrando i rilievi GPS con rilievi gravimetrici e magnetometrici. In particolare è stato svolto un lavoro di microgravimetria combinata a due rilievi GPS uno in modalità cinematica (per la definizione del DTM) ed uno in modalità rapido-statica (in corrispondenza ai punti interessati dal rilievo microgravimetrico) nell'area archeologia di Cornus (Sardegna).  Un lavoro analogo è stato svolto anche nell'area di Casaglia (Ferrara) dove è stato effettuato un rilievo di gravimetria per il controllo della subsidenza dovuta all'estrazione di acqua calda da due pozzi.

 Una delle più rilevanti attività scientifiche condotte in questi anni si deve alla collaborazione con il progetto di ricerca di Geodesia nell'ambito del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide. Le attività di ricerca svolte in tale ambito sono il frutto della partecipazione a sei campagne Antartiche negli ultimi sette anni. Tali attività investono un ampio raggio di discipline per la maggior parte di carattere applicativo. In tali condizioni climatiche ambientali, le metodologie satellitari (GPS, Doris, SAR e Satellite Altimeter) giocano un ruolo dominante nel campo del rilievo a qualsiasi scala. Di seguito si riporta un elenco delle principali attività.

All'interno del progetto europeo denominato EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) si è occupato degli aspetti teorici ed applicativi relativi alla materializzazione, misura (mediante metodologia GPS in modalità statica) ed elaborazione dati di una rete per il controllo delle deformazioni superficiali di un'area di 25km di raggio attorno a Dome C (circa 1300km all'interno dell'Antartide) sito prescelto per un “carotaggio profondo”.

Studio dei movimenti verticali delle masse galleggianti. Tale studio si basa sull'osservazione, mediante tecnica GPS cinematica, del movimento verticale di alcuni punti campioni collocati sulle parti terminali, ossia sulle lingue galleggianti, di alcuni ghiacciai nelle vicinanze di Baia Terra Nova. Tale ricerca si poneva l'obiettivo di:

  • stimare la precisione della metodologia di misura per applicazioni di questo tipo;
  • individuare le relazioni che legano la marea al movimento verticale di tali lingue di ghiaccio;
  • ricercare un eventuale comportamento differente di ghiacciai dalle caratteristiche dimensionali e strutturali diverse;
  • studiare la variazione di ampiezza o l'eventuale ritardo di fase tra diversi punti collocati lungo la sezione longitudinale della lingua del ghiacciaio (dalla falesia fino alla regione dove il ghiacciaio si appoggia alla terra ferma).
  • ·Rilievi in modalità GPS cinematica per il monitoraggio delle superfici di piccoli ghiacciai formatisi per accumulo di neve trasportata dal vento per eventuali bilanci di massa.
  • ·Installazione della stazione GPS permanente italiana in Antartide (TNB1) in prossimità della Stazione Italiana Mario Zucchelli .
  • ·Monitoraggio della rete geodetica di inquadramento dell'area di Baia Terra Nova e della rete del monte Melbourne (per lo studio delle deformazioni indotte dal vulcano) in prossimità di Baia Terra Nova, mediante l'utilizzo della tecnica GPS in modalità statica.
  • ·Monitoraggio di una rete mediante tecnica GPS in modalità rapido statica per le deformazioni superficiali del ghiaccio in un'area di raccolta di meteoriti.

·La Partecipazione al progetto ITASE (International Trans Antarctic Scientific Expedition) che si costituisce di due “traversate” (circa 1300 Km la prima e circa 2200 Km la seconda all'interno dell'Antartide) completamente italiane a carattere scientifico. In tale ambito si è iniziato ad occupare di problemi relativi all'elaborazione di dati GPS in modalità cinematica e/o differenziale a lunga-lunghissima distanza dalla stazione di riferimento. In tali spedizioni si è occupato dell'aspetto navigazionale, delle attività geodetiche e delle misure gravimetriche effettuate con gravimetro Lacoste & Romberg Mod G.

  • Partecipazione alla fase di studio, istituzione e misura non che di elaborazione dati di una rete geodetica GPS, dal nome VLNDEF (Victoria Land Network for DEFormation Control), che ricopre l'intera Terra Vittoria.
  • Analisi dei dati della stazione GPS permanente per l'individuazione della Serie Temporale mediante elaborazione dati sia in con metodologia tradizionale (approccio differenziato e software Bernese v.4.2) che mediante approccio non differenziato Precise Point Positioning (Gipsy – Oasis II).

Si è poi interessato allo studio relativo alla determinazione delle ondulazioni geoidiche puntuali mediante tecniche di GPS/livellazione applicato a varie aree dell'Italia ponendo poi a confronto i risultati con i più comuni modelli globali in uso (OSU91A e EGM96) e con i geoidi gravimetrici nazionali esistenti (ITALGEO'90, ITALGEO'95). L'argomento in oggetto è stato anche oggetto di studio per il conseguimento del titolo di Dottore in Ricerca con una tesi dal titolo: “ Utilizzo della Tecnica GPS per la definizione delle ondulazioni geoidiche”. In tale ambito le aree interessate dallo studio hanno riguardato:

  • l'Emilia Romagna, con particolare riferimento alle aree soggette a subsidenza di Ravenna e Bologna;
  • l'Appennino centrale lungo la traversa Napoli-Gargano;
  • l'Arco Calabro, soggetto a forti gradienti geoidici;
  • l'area napoletana soggetta a fenomeni di subsidenza e a fenomeni di carattere vulcanico che fanno si di renderla estremamente variabile anche nell'ambito della determinazione delle ondulazioni geoidiche;
  • l'intera linea costiera italiana con i problemi di continuità dovuti al passaggio da terra a mare;

 Ha inoltre sviluppato una collaborazione con il D.I.I.A.R. del Politecnico di Milano per il calcolo delle superfici geoidiche attraverso dati provenienti da diverse misure: gravimetriche e GPS/Livellazione geometrica.

Ha collaborato ad un esperimento di fotogrammetria aerea condotto sull'isola di Vulcano (Eolie), occupandosi prevalentemente della parte relativa alle coordinate dei punti d'appoggio e alla fase di confronto tra rilievi avvenuti in periodi diversi.

Ha iniziato ad occuparsi, in collaborazione con il Politecnico di Taranto ed il Politecnico di Milano ad un progetto dal nome “Physical Geodesy” per la determinazione del geoide antartico con una precisione superiore ai geoidi precedentemente calcolati.

Si è occupato delle problematiche relative al trattamento dei dati, in particolare:

  • ha focalizzato l'interesse nell'ambito del confronto tra differenti gruppi di coordinate implementando un programma di trasformazione a 7 parametri introducendo una matrice dei pesi o una eventuale matrice di varianza-covarianza generata dal programma di compensazione;
  • ha compiuto studi sull'influenza dei diversi interpolatori superficiali al variare della densità e della distribuzione dei punti nell'area, ed al variare dei singoli parametri propri di ciascun interpolatore.
  • Ha poi approfondito alcuni aspetti relativi alla realizzazione, gestione ed utilizzo di metadati in ambito geodetico, all'interno degli standard internazionali più utilizzati.

Altro argomento di ricerca, degli ultimi anni di ricerca, è costituito dallo studio delle problematiche relative ai seguenti aspetti del rilievo:

  • determinazione delle coordinate di Punti fiduciali catastali mediante metodologia GPS-RTK con particolare riguardo alle metodologie di trasmissione della correzione RTK (radio VHF, GSM, GSM-internet);
  • implementazione di sensori (GPS, piattaforme inerziali e odometri) su un veicolo per applicazioni di Mobile Mapping;
  • problematiche relative alla realizzazione di un progetto di stazioni GPS permanenti a scopo tecnico (per un utilizzo in tempo reale).

 Più nel dettaglio, l'utilizzo delle tecniche di posizionamento in tempo reale che utilizzano l'approccio multi-reference station, costituisce argomento estremamente attuale e di conseguenza negli anni 2004-2006 sono stati eseguiti studi e test su differenti software (GPS-Net Trimble-Terrasat, GEO++ Leica) in grado di gestire tali reti di stazioni GPS permanenti e di permettere realmente all'operatore di eseguire rilievi in modalità cinematica in autonomia. A tal riguardo sono stati eseguiti studi anche teorici sulla possibilità d'impiego di tali sistemi in ambito tecnico e sono state affrontate le problematiche relative all'adozione di diverse soluzioni tecniche per il trasferimento delle correzioni all'utenza (VRS, FKP, …).

 Altro argomento di grande interesse anch'esso riguardante l'attività di ricerca degli ultimi anni è relativo all'utilizzo e studio della tecnica di posizionamento PPP (Precise Point Positioning) sia in modalità statica sia per applicazioni cinematiche. In tale ambito, ha approfondito le problematiche relative alle precisioni raggiungibili con tale tecnica al variare della finestra di osservazioni, sia in ambito italiano sia in ambito antartico.

 Recentemente si sta inoltre occupando di problematiche relative a:

  •  navigazione geodetica, realizzata mediante sistemi integrati di navigazione e delle problematiche legate a rilievi MMS in aree di scarsa visibilità satellitare collaborando con la ditta SITECO informatica per quanto attiene lo studio di algoritmi per il post trattamento dei rilievi utilizzando misure esterne ottenute per via topografica tradizionale
  • calcolo di reti di stazioni GNSS permanenti e confronto tra software di calcolo differenti ed approcci di calcolo differenti: GIPSY/OASIS II, Gamit, Bernese
  • sistemi di monitoraggio di edifici e strutture monumentali con apparati a basso costo GNSS
  • Reti di stazioni permanenti GNSS per applicazioni di emergenza con la realizzazione di una stazione GNSS di riferimento completamente autonoma connessa con centri di raccolta ed elaborazione del dato in tempo reale.