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Scelta del sito
Realizzazione di una stazione GPS

Scelta del sito

La scelta di siti adatti all’installazione delle stazioni di una rete GPS è di primaria importanza nella pianificazione di una rete GPS. La qualità dei dati ottenibili dipenderà infatti dalla stabilità dei terreni e delle monumentazioni su cui saranno installate le antenne.

La collocazione di stazioni GPS permanenti, ma anche per quelle non permanenti, non può prescindere da alcune caratteristiche basilari che ogni sito deve presentare al fine di rendere significativo il dato geodetico, partendo dal principio che i dati acquisiti saranno principalmente utilizzati per:

studiare le deformazioni del suolo dovute al ciclo della deformazione sismica (pre-sismica, co-sismica e post-sismica) e delle aree vulcaniche;
migliorare le conoscenze sulle faglie attive e per il rischio sismico in Italia;
migliorare le conoscenze sulla dinamica delle aree vulcaniche e per il rischio vulcanico;
contribuire alla definizione del sistema di riferimento GPS in Italia.

Strumentazione necessaria per il sopralluogo:

Ricevitore GPS palmare (per calcolare le coordinate della stazione e per avere una prima stima sulla capacità di acquisizione del sito);
Carta topografica (per indicare la collocazione del sito sulla cartografia IGM 1:25000 o più dettagliata, quando disponibile);
Bussola (per misurare le ostruzioni);
Martello da geologo (per campionare la geologia di superficie);
Macchina fotografica, preferibilmente digitale (per documentare il sito visitato, indicando il punto di possibile installazione, la roccia affiorante, eventuali ostacoli, fonti di disturbo e.m.,ecc…).

Verifiche da effettuare durante i sopralluoghi

Visibilità dei satelliti	Una stazione GPS, per acquisire i dati in maniera efficace, richiede come prima caratteristica, una buona visibilità del cielo. Edifici, alberi o altri oggetti possono produrre ostruzioni anche elevate per la ricezione del segnale GPS. Per questo si deve evitare per quanto possibile installare stazioni GPS, permanenti e non permanenti, in prossimità di tali elementi disturbativi. Generalmente, per una stazione permanente, viene richiesta una completa visibilità oltre i 10° di elevazione, per 360° di azimuth. Di regola è buona norma non istituire una stazione quando ci sono ostruzioni al di sopra dei 15° di elevazione.
Geologia	Si tratta di un vincolo estremamente importante per le realizzazione o meno della stazione e per la scelta del tipo di monumento da realizzare. Di norma, si deve evitare di porre una stazione GPS su argille o limi che hanno la capacità di espandersi o contrarsi in dipendenza del contenuto in acqua. In siti caratterizzati dalla presenza di questo tipo di litotipi si devono realizzare monumenti con caratteristiche specifiche, capaci di non risentire della deformazione più superficiale del suolo. Di regola è preferibile scegliere aree dove sono presenti affioramenti di calcari, graniti, arenarie, tufi o lave. I siti devono essere lontani da zone in frana e da cave di estrazione. E’ preferibile scegliere zone pianeggianti. Gli strati rocciosi non devono presentare eccessiva fratturazione e giaciture a franapoggio. Per questo è necessario che venga eseguito un sintetico rilevamento geologico per aratterizzare il sito.
Monumenti	Poiché una rete geodetica GPS progettata per fini geofisici deve fornire dati di deformazione del suolo di elevata qualità, di regola un antenna GPS non deve essere posta su edificio, anche se tale collocazione rappresenta una semplificazione per la sua installazione e controllo (visibilità ottimale per un edificio alto; custodia e alimentazione della strumentazione). Tale tipo di installazione deve essere evitata in quanto gli edifici possono soffrire di deformazioni e contrazioni, anche sensibili, per effetto della espansione termica giornaliera e stagionale. Questi movimenti a bassa frequenza possono occultare il dato di deformazione legato a fenomeni geofisici. Inoltre, in caso di evento sismico rilevante, il danneggiamento subito dall’edificio produrrebbe una deformazione permanente del monumento geodetico non corrispondente a quella reale del suolo, impedendo qualsiasi interpretazione geofisica. Per analoghi motivi devono essere evitati anche altri tipi di strutture, come ponti, piazzole di sosta, marciapiedi, ecc…. Si deve dare la priorità ad installazioni eseguite su affioramenti rocciosi compatti e significativi (bedrock).
Sicurezza e accesso	Al fine di evitare danneggiamenti o furti della strumentazione, è preferibile procedere alla installazione delle stazioni in terreni protetti, come ad es. scuole o terreni privati. A tale scopo si devono prevedere convenzioni (ad es. di durata quinquennale) e rimborsi forfettari coi proprietari del terreno su cui verrà realizzata la stazione. L’accesso alle stazioni deve essere garantito in ogni momento richiesto, sia per scopi di manutenzione che per sopralluoghi dopo eventi straordinari (per es. lavori, eventi sismici, ecc…).
Multipath	Oggetti riflettenti posti in prossimità di stazioni GPS possono causare interferenze al segnale (multipath). In questo caso il segnale GPS può giungere all’antenna dopo essere stato riflesso e il dato può risultare distorto al punto di essere completamente inaffidabile. Per questo motivo è necessario scegliere siti liberi dalla presenza di tali elementi, generalmente costituita da muri, superfici metalliche, ecc., posti a quote superiori ai 10°-15° di elevazione rispetto all’antenna.
Disturbi elettromagnetici	I disturbi elettromagnetici (e.m.) rappresentano un rischio maggiore per la qualità del dato acquisito. Infatti il segnale GPS può venire danneggiato anche in modo irreparabile da sorgenti di emissione e.m. (antenne radio, ripetitori ecc..) che operano a frequenze prossime a quelle delle due frequenze GPS o da linee ad alta tensione. In campagna a volte è difficile rendersi conto visivamente della presenza di tali fonti di disturbo, che in alcuni casi possono trovarsi anche a diversi km di distanza.
Alimentazione e comunicazione	Poichè si possono prevedere diverse opzioni sia per l’alimentazione che per la comunicazione remota, è necessario verificare quali sono le caratteristiche logistiche del sito visitato. In generale, le possibilità di alimentazione e di comunicazione per una stazione GPS, il cui consumo totale è generalmente compreso entro i 10 W senza sistema di acquisizione e di 80 W con sistema di acquisizione, sono le seguenti: Alimentazione: a rete (se presente), a pannello solare, eolica. Comunicazione: linea telefonica commutata, linea telefonica ISDN, linea telefonica IDSL, linea telefonica cellulare (tra queste la GPRS è la più promettente). Connessione satellitare.
Durata della stazione	Per l’investimento dedicato alla realizzazione delle stazioni GPS permanenti, è necessario prevederne un utilizzo a lungo termine (almeno 10 anni) al fine di poter ottenere dati significativi per lo studio delle caratteristiche tettoniche di una regione come l’Italia, dove i tassi di deformazione conosciuti sono inferiori al cm/anno. Per questo è importante verificare al meglio i requisiti indicati ai punti precedenti.

Realizzazione di una stazione GPS

A titolo esemplificativo verrà descritta l’installazione della stazione GPS del sito Zouf Plan. Si tenga presente che, specialmente per quanto riguarda la realizzazione del monumento, le metodologie operative possono essere molteplici e quella qui presentata rappresenta solamente una possibilità. Saranno poi l’esperienza, i materiali a disposizione e le specifiche caratteristiche dei siti a guidare gli operatori verso l’edificazione più conveniente a seconda dei casi.

Alimentazione e trasmissione dei dati

Per alimentare l’antenna è necessario predisporre un tracciato lungo il quale viene disposto un cavo coassiale che serve sia per l’alimentazione per trasferire i dati dall’antenna al ricevitore. Tale cavo va inserito in un condotto che viene quindi interrato: si realizza a tale scopo una trincea profonda 10-15 cm. Se l’installazione avviene in zone in cui si prevede che la temperatura possa scendere sotto zero è consigliabile dotare il condotto di un pozzetto per il drenaggio dell’acqua che si potrebbe infiltrare nelle tubazioni. In questo modo si scongiura il rischio che l’acqua, congelandosi, produca delle fratture all’interno delle ondutture o del monumento. Il condotto da utilizzare può essere rigido o flessibile, è consigliabile comunque inserirvi il cavo dell’antenna prima della messa in opera, evitando così problemi derivanti dalla presenza di punti di giuntura o di curve sul tracciato.

Realizzazione del monumento

Per monumento si intende la colonna di calcestruzzo che funge da sostegno all’antenna GPS: nella realizzazione di tale struttura bisogna essere attenti a mantenere in bolla il tubo d’acciaio sul quale verrà in seguito avvitato l’adattatore ed evitare che tale tubo possa ruotare attorno al proprio asse: se ciò dovesse accadere si perderebbe l’orientamento dell’antenna, con conseguente degrado della qualità dei dati raccolti.

Nella fase di posa in opera del monumento è necessario:

Scavare la terra superficiale fino a trovare la superficie rocciosa, quindi ripulire la zona da terra e polvere.
Con un trapano effettuare un foro profondo 18-20 cm e di diametro 4-5 cm nella roccia al centro della zona ripulita per creare l’alloggiamento per l’asta su cui verrà in seguito montata l’antenna.
Praticare 4 fori di diametro 2 cm e profondità 18-20 cm disposti a quadrato attorno all’alloggiamento dell’asta: questi serviranno ad accogliere i ferri dell’armatura.
Ripulire la zona ed i fori dalla polvere creatasi.
Provare ad inserire l’asta e l’armatura nei relativi fori . Disporre quindi il cilindro di casseratura del monumento, avvitare l’adattatore sull’asta e verificare che ci sia sufficiente spazio tra il piatto inferiore dell’adattatore e la colonna (almeno 10-12 cm).
Inserire l’asta nel foro centrale e metterla in bolla, fissarla quindi in tale posizione.
Inserire il traliccio di armatura nei fori.
Praticare un foro sull’astae fissare il cavo di terra.
Verificare nuovamente che l’asta sia in bolla.
Predisporre attorno alla base di quello che diventerà il monumento una adeguata casseratura per il plinto e preparare un impasto di cemento da presa.
Versare l’impasto avendo cura di farlo penetrare all’interno dei fori in cui sono disposti i ferri dell’armatura e l’asta.
Con del filo di ferro legare al traliccio il condotto contenente il cavo di alimentazione/trasmissione dati dell’antenna.
Attendere una parziale solidificazione del cemento, quindi disporre il cilindro guida. Utilizzando una serie di tiranti fare in modo che il cilindro stia in bolla e che l’asta si trovi approssimativamente al suo centro. In alternativa ai tiranti si può effettuare un getto di cemento che renda stabile la casseratura ed impedisca al calcestruzzo che verrà in seguito versato per costruire il monumento di fuoriuscire in basso.
Attendere la completa solidificazione del cemento gettato alla base del monumento.
Preparare un nuovo impasto di calcestruzzo e gettare la colonna.
Assicurarsi che la distanza alla quale il condotto del cavo esce dal monumento coincida con le misure dei fori presenti sul piatto inferiore del duomo (nel caso di utilizzo di condotti flessibili è ammessa una certa tolleranza). Disporre, se necessario, dei distanziatori per raggiungere lo scopo.

Assemblaggio dell’antenna

Mentre il cemento della colonna si solidifica si può procedere all’installazione dell’antenna, operazione che consiste nel assemblaggio e nella regolazione di:

1. Piastra del duomo

Fissare il condottocontenente il cavo dell’antenna alla piastra di base del duomo.
Far passare l’asta nel foro centrale della piastra.

2. Piatto inferiore dell’adattatore

Con una bussola determinare la direzione del Nord magnetico, calcolare la deviazione magnetica della zona individuando così la posizione del Nord geografico.
Sul piatto inferiore è presente una tacca che identifica il Nord: avvitare il piatto sull’asta orientandolo in tale direzione.
Svitare il piatto, cospargere la filettatura di colla Loctite e, prima che la colla faccia presa, riavvitare il tutto e orientarlo nuovamente verso il Nord geografico.

3. Piatto superiore dell’adattatore

Montare il piatto superiore sul piatto inferiore tenendo presente che la scanalatura va disposta verso il basso ed in corrispondenza del Nord.
Inserire ed avvitare il bullone di serraggio con le sue due rondelle (disposte con le facce concave l’una verso l’altra) nell’apposito foro.
Dalla faccia rivolta verso il basso del piatto inferiore rimuovere le 2 viti che bloccano le 2 viti di livellazione (sono collocate negli stessi alloggiamenti).
Mettere in bolla il piatto superiore agendo sulle viti di livellazione.
Una volta messo a livello il piatto, bloccare le viti di livellazione usando le viti di serraggio che erano state rimosse in precedenza.

4. Antenna

Svitare il piatto superiore dal piatto inferiore.
Disporre l’antenna sul piatto superiore in modo tale che la vite security set screw coincida con l’incavo (se l’antenna non presenta alcuna fessura livellare la security set screw). In questo modo l’antenna sarà orientata in modo tale da allineare il Nord (indicato sull’antenna da una freccia sulla faccia inferiore) con il Nord indicato sul piatto superiore dell’adattatore. Avvitare l’antenna al piatto superiore senza stringere eccessivamente. Non usare colla su questa vite. Assicurarsi che, durante tale operazione, la vite che serve a bloccare i due piatti dell’adattatore sia inserita nel suo foro.
Stringere la vite tra antenna e piatto superiore.
Avvitare il blocco antenna-piatto superiore sul piatto inferiore dell’adattatore
Verificarne orientamento e livellazione.
Connettere il cavo all’antenna.

5. Duomo

Fissare la piastra di base del duomo al piatto inferiore dell’adattatore per mezzo delle apposite viti. Per motivi di sicurezza stringere bene le viti (senza danneggiarle).
Collocare il duomo sull’antenna in modotale da realizzare l’allineamento tra gli alloggiamenti delle viti sulla piastra di base e sullo stesso duomo.
Avvitare il duomo al piatto di base. L’operazione richiede il fissaggio di 12 viti.

Operazioni finali

Dopo aver atteso il tempo necessario per permettere al cemento si solidificarsi e garantire quindi una perfetta stabilità all’antenna, rimuovere il cilindro di casseratura.
Verificare che non siano presenti crepe o imperfezioni nel getto e che l’asta risulti ben ancorata al monumento.

Installazione di una stazione