Sistemi di riferimento

Che cos'è ETRS89?




1. Sistemi di riferimento e loro realizzazioni



Per la geo-referenziazione di oggetti sulla superfice terrestre o nelle sue immediate vicinanze è necessario definire un sistema di riferimento. Tra le varie possibilità teoricamente possibili, la più conveniente è un sistema di riferimento con un asse allineato con l'asse di rotazione terrestre e origine al baricentro della Terra. Un sistema con queste caratteristiche è un Sistema Convenzionale Terrestre di Riferimento (CTRS).

Il CTRS è unn concetto matematico astratto. La sua realizzazione pratica viene chiamata Terrestrial Reference Frame (TRF). Un TRF è costituito da un insieme di punti geodetici (spesso chiamati stazioni) le cui coordinate soddisfano la definizione di CTRS. Nel CTRS sono inoltre definite alcune grandezze fondamentali quail la velocità della luce, la costante di gravitazione, I parametric dell'ellissoide terrestre e la velocità angolare di rotazione terrestre. La codifica di tali parametri segue gli standard ISO 19111.

2. Il Sistema Internazionale di Riferimento Terrestre (ITRS) e la sua realizzazione ITRF



L' International Earth Rotation Service (IERS) mantiene e rende disponibilel' International Terrestrial Reference System (ITRS) come esempio di CTRS, e realizza il cosiddetto International Terrestrial Reference Frame (ITRF). In questa realizzazione la somma algebrica delle velocità angolari delle maggiori placche litosferiche si annulla.

L'accuratezza delle moderne tecniche di misura è tale che le coordinate di vertici misurate nel sistema ITRF variano nel tempo a seguito del moto di deriva della placca sulla quale il vertice insiste. Di conseguenza coordinate misurate in ITRF devono avere un'epoca. In generale ogni realizzazione ITRF di ITRS ha un'epoca di riferimento, il primo gennaio dell'anno yy, e la realizzazione prende il nome ITRFyy (ad es. ITRF00 per il 01/01/2000).

3. European Terrestrial Reference System (ETRS89)



Al Simposio EUREF tenutosi a Firenze nel 1990 è stata adottata la seguente risoluzione:

"La Sotto Commissione EUREF per il Sistema di Riferimento Europeo della Associazione Internazionale di Geodesia raccomanda che l'EUREF adotti un sistema di riferimento coincidente con ITRS all'epoca 1989.0 e che dale sistema sia solidale alla parte stabile della placca Eurasiatica, Tale sistema sarà denominato ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989 )".

Poichè ETRS89 si muove, rispetto a ITRS, solidalmente alla parte stabile dell'Eurasia, coordinate di vertici nell'Eurasia stabile saranno indipendenti dal tempo. Tanto è necessario nelle applicazioni cartografiche per garantire omogeneità, ripetibilità e stabilità della georeferenziazione in Europa. Il moto di deriva dell'Eurasia nel sistema ITRS è di circa 2 cm/anno in direzione Nord Est. (figura 1)


Figura 1: rispetto al reticolato geografico ITRS la placca Europea si muove in direzione Nord Est a un tasso di circa 2 cm all'anno. La placca Africana e quella Arabica mostrano movimenti di velocità simile ma direzioni diverse.

La maggior parte delle nazioni europee ha adottato ETRS89, in conformità con la direttiva Europea INSPIRE. In Italia, IGM95 e RDN sono le materializzazioni degli standard ETRS89, ad opera dell'IGMI. IGM95 è una realizzazione di tipo statico di ETRS89, basata su vertici occupati temporaneamente da ricevitori GPS del tipo disponibile nei primi anni 90. L'allineamento con ETRS89 è stato realizzato per mezzo del limitato numero di stazioni dell' European Permanent Network allora disponibili in Italia. RDN nasce con una concezione più moderna, impiegando stazioni permanentemente operative, e con oltre 20 punti EPN su un totale di 100 vertici.


4. Calcolo di coordinate in ETRS89



La trasformazione da ITRS a ETRS89 viene fatta attraverso una trasformazione a 7 parametri: tre traslazioni, tre rotazioni e un fattore di scala. ITRS viene aggiornato a intervalli irregolari, ad es. le ultime due realizzazioni sono ITRF05 e ITRF08. Ad ogni realizzazione vengono selezionate le posizioni e velocità di stazioni che si ritiene insistono sulla parte stabile dell'Eurasia, e da tali valori si estraggono i 7 parametri mediante una regressione lineare, con un'accuratezza di alcuni mm. I valori di questi parametri definiscono una nuova realizzazione ETRFyy di ETRS89.

L'utente che effettua un calcolo in post processing delle coordinate della propria stazione normalmente impiega orbite 'precise', che sono definite nel sistema ITRFyy più recente, ad es. ITRF08. Ne consegue che le coordinate delle stazioni fiduciarie alle quali viene riferito il rilievo sono anch'esse ITRFyy, e non ETRFyy. Se fossero usate coordinate ETRFyy insieme con orbite ITRFyy, ci sarebbe il rischio di errori sistematici nel calcolo, dell'ordine dei decimetri, e la possibilità di non fissare correttamente tutte le ambiguità. Dunque la riduzione dati viene fatta nel sistema ITRFyy più recente. La trasformazione a ETRFyy viene poi eseguita solo alla fine, mediante una semplice trasformazione a sette parametri.

L'utente che effettua il calcolo delle coordinate della propria stazione usando segnali di correzione in tempo reale RTK lavora analogamente in ITRFyy. Se usa la versione 3.x delle correzioni RTCM, la trasformazione da ITRFyy a ETRFyy può essere fatta automaticamente, perchè la versione 3.x dei dati RTCM prevede i 7 parametri di rototraslazione e scala. Altrimenti tale trasformazione dovrà essere fatta manualmente.


5. Deformazione nel tempo del reticolato ETRFyy



Il sistema ETRS89 è ancorato alla parte stabile dell'Eurasia. Questa si identifica con l'Europa Centro Occidentale. In Europa meridionale e nella fascia Mediterranea si osservano velocità residue di alcuni millimetri/anno. Questo comporta che un reticolato di coordinate ETRFyy comprendente pozioni meridionali dell'Europa si deformerà nel tempo. La figura 2 mostra qualitativamente, e cioè in unità temporali e spaziali arbitrarie, l'evoluzione di un reticolato di punti originariamente regolare, per effetto della cinematica non modellata dalla trasformazione rigida ITRFyy'ETRFyy.


Figura 2: evoluzione temporale di un reticolato geografico regolare, per effetto di velocità non modellate dalla rotazione rigida che collega ITRFyy a ETRFyy.


6. Ulteriori informazioni



ETRS89 home page: http://lareg.ensg.ign.fr/EUREF/.
EUREF homepage: http://euref-iag.org
International Earth Rotation Service (IERS) homepage: http://hpiers.obspm.fr/
International GPS Service (IGS) homepage: http://igscb.jpl.nasa.gov/