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PORTALE DELLA DIDATTICA

ICT for geomatics: navigation and maps

01QWUBH

A.A. 2019/20

Course Language

English

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Ict For Smart Societies - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 40.5
Esercitazioni in aula 7.5
Esercitazioni in laboratorio 12
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Dovis Fabio Professore Associato ING-INF/03 21 3 6 0 3
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ICAR/06
ING-INF/03
3
3
F - Altre (art. 10, comma 1, lettera f)
B - Caratterizzanti
Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro
Ingegneria delle telecomunicazioni
2018/19
La maggior parte delle decisioni politiche viene presa a partire da rilevanti considerazioni su dati spaziali, che costituiscono la base della conoscenza del territorio, del costruito e sono a supporto della pianificazione urbana e della progettazione ingegneristica. Le attività antropiche richiedono poi di conoscere la propria posizione e poter navigare per acquisire dati 3D in maniera cinematica o solo per raggiungere una posizione o seguire una rotta. Anche nella vita di tutti i giorni, prodotti come Google Earth sono sempre più apprezzati e utilizzati in quanto consentono di pianificare e organizzare le nostre attività. Le tecniche di acquisizione, elaborazione e rappresentazione dei dati spaziali hanno visto una grande evoluzione negli ultimi due decenni, grazie anche al crescente utilizzo di tecnologie derivanti dal settore ICT. Sono così migliorate le tecniche di acquisizione di dati 3D con strumentazione basata sull’uso di sistemi globali di posizionamento come il Global Navigation Satellite System (GNSS), in cui fa parte il sistema GPS, il LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), immagini digitali, sistemi inerziali. Inoltre nuove tecniche di elaborazione dati che permettono di integrare sensori in maniera ottimale, portano ad un miglioramento della rappresentazione del territorio e alla gestione di dati ad esso correlati attraverso strumenti GIS (Geographic Information System). Il settore ICT si trova dunque a dover colloquiare con le professionalità di chi si occupa di georeferenziazione, elaborazione e restituzione di dati spaziali. Spesso occorre realizzare software o firmware che soddisfino le esigenze del posizionamento, della rappresentazione e della costruzione di data base con dati georeferenziati, o divenire utenti consapevoli di queste tecnologie Il corso intende fornire i principi di base sulle tecniche di acquisizione elaborazione e restituzione di dati spaziali, per creare una figura del mondo ICT che sappia interfacciarsi con le professionalità degli operatori nel settore della geomatica, a supporto della conoscenza e controllo del territorio e del costruito.
A large part of political decisions are taken considering the spatial data, which are the basis for the knowledge of the land, of the built areas as well as support to the urban development planning and to the engineering design. Human activities require then to know position and to be able to navigate to acquire 3D data in a kinematic way either to reach a location or to follow a route. Even in everyday life, products such as Google Earth are becoming increasingly popular and used as they allow to plan and organize activities. The acquisition, processing and representation techniques for spatial data significantly evolved in the last two decades, thanks to the increased use of technologies coming from the ICT sector. Techniques of 3D data acquisition and instrumentation, have been improved thanks to the use of Global Navigation Satellite systems (GNSS) as the GPS, Laser Imaging Detection and Ranging (LiDAR) systems, digital images and inertial systems. Furthermore, novel processing techniques allow to optimally integrate sensors and led to improve the representation of the land and the management of data related to it through GIS (Geographic Information System) techniques. The ICT field must then interface with skilled users who work on georeferencing, processing and plotting of spatial data. It is often necessary to develop software or firmware that meet the requirements of positioning, representation and the organization of databases of geo-referenced data, or at least to become skilled users of these technologies. This course provides the basic principles of the techniques of acquisition, processing, plotting and representation of spatial data, to create ICT professionals that know how to interface with the operators in the Geomatics field, supporting the knowledge and control of the land and built areas.
Le lezioni vogliono fornire i principi teorici sulle diverse tecniche di misura e acquisizione di dati spaziali, la conoscenza delle tecniche di elaborazione statistica dei dati, le applicazioni delle tecniche geomatiche per il rilievo del territorio, di edifici e opere d’ingegneria, per la cartografia, per il monitoraggio e per la protezione del territorio. Le esercitazioni vogliono sviluppare la capacità dello studente partendo dal sapere fino al saper fare e quindi ad eseguire misure spaziali con le più moderne tecniche di rilievo e ad avere la capacità di far interagire diverse tecniche di acquisizione di dati di posizione e a valutarne la robustezza in presenza di disturbi intenzionali e non intenzionali. Verranno sviluppate le capacità di elaborazione delle misure acquisite sul terreno. Saranno anche proposti problemi pratici nei quali è necessario lo sviluppo autonomo di procedure di calcolo per le applicazioni geomatiche finalizzate al controllo e alla rappresentazione del territorio e del costruito.Lo studente dovrà raggiungere la capacità di interfacciare le proprie competenze nel settore ICT con il mondo della misura della navigazione spaziale e del "mapping" e realizzare strumenti di calcolo, posizionamento, rappresentazione e visualizzazione di dati spaziali per la conoscenza e il monitoraggio del territorio e del costruito.
The lectures aim at providing the theoretical principles of the different measurement and spatial data acquisition techniques, the knowledge of statistical data analysis, the applications of Geomatics techniques for the land surveying, buildings and civil engineering activities, mapping, monitoring and protection of the land. The practical parts are focused to develop the operational skills on the basis of the theoretical knowledge. The student will be trained to perform spatial measurements by means of the most up-to-date surveying techniques and to manage the different techniques for acquisition of positioning data, while assessing the robustness in presence of intentional and unintentional disturbances. In this course abilities of data processing of on-field measurements will be developed. Practical problems will be proposed: the student will be required to autonomously develop computational procedures for the implementation of Geomatics applications, in particular concerning the monitoring and representation of the land and of the built areas. The student will have to achieve the ability to exploit the skills acquired in the ICT domain to the fields of navigation and mapping. He will develop the ability to implement calculation tools and procedures for positioning, representation and visualization of spatial data for land and built areas monitoring.
Signal processing, statistical data processing, software development
Signal processing, statistical data processing, software development
•Principio di funzionamento dei sistemi di posizionamento satellitari e terrestri. • Descrizione dei sistemi per il calcolo della posizione, con particolare attenzione ai ricevitori GNSS. Analisi delle prestazioni di tali sistemi sia in ambiente statico che dinamico, tenendo conto del funzionamento sia in condizioni nominali che in presenza di disturbi esterni ed anomalie. • Tecniche di georeferenziazione basate su misure GNSS, immagini digitali, LiDAR, iMU e loro integrazione • Tecniche di elaborazione e restituzione dei dati 3D. • Il problema della rappresentazione, i Data Base topografici, i modelli digitali del terreno e i Sistemi Informativi Territoriali. • Tecniche di misura, elaborazione e restituzione apprese nelle esercitazioni sul campo e presso i LAIB.
• Fundamental Principles of satellite-based and terrestrial positioning • Description of the positioning systems, focusing on GNSS receivers. Analysis of the performance of these systems both under static and kinematic conditions, considering the operating scenario, both in nominal conditions and in the presence of external impairments or anomalies • Georeferencing methods based on GNSS measurement, digital images, LiDAR, IMU and their integration. • Data processing and representation of 3D data • Data representation, surveying databases, digital terrain model and GIS. • Practical sessions on measurement techniques, data processing and plotting both on the field and in the LAB.
Il corso si baserà su lezioni frontali e su esercitazioni pratiche di misura e acquisizione statica e cinematica di dati geomatici, trattamento delle osservazioni, restituzione delle misure 3D e relativa visualizzazione, gestione dei dati spaziali. Le esercitazioni saranno fatte sia in esterno con strumenti Geomatici e al LAIB, sia con software "commerciale" sia con software appositamente realizzato dallo studente.
The course will be based on lectures and practical exercises using on-field measurement and both static and kinematic acquisition, data processing, data plotting and 3D visualization and spatial data management. The exercises will both use Geomatics instruments in outdoor environments, as well as in the LAB, either with commercial and open source software or software ad-hoc developed by the students.
Testi consigliati: • Hofmann-Wellenhof et al (2008) – GNSS Global Navigation Satellite system. Springer – New York. • Leick (2003) - Gps Satellite Surveying - J. Wiley – Canada. III Edizione. • Misra P., Enge P. Global Positioning System: Signals, Measurements, and Performance, Ganga-Jamuna press • Dovis F., Mulassano P., Dominici F., Overview of Global Navigation Satellite Systems, In: Handbook of Position Location: Theory, Practice and Advances, pp. 923-974, Wiley-IEEE press (USA), 2011, ISBN: 978-0-470-94342-7, doi: 10.1002/9781118104750.ch28 • Fantino M., Lo Presti L., Pini M. Digital signal processing in GNSS receivers, In: Handbook of Position Location: Theory, Practice, and Advances / Zekavat S.A., Buehrer R.M. (ed.) Wiley - IEEE Press, pp 48, pagine 975-1022, ISBN: 9780470943427 • Dispense e slides fornite durante il corso, reperibili sul sito della didattica. Per approfondimenti • Cina, A. (2014). Dal GPS al GNSS per la geomatica. CELID, Torino. ISBN 978-8867890200 • Cina, A. (2002). Trattamento delle misure topografiche. CELID, Torino. ISBN 88-7661-534-2 • Comoglio, G. (2008). Topografia e cartografia. CELID, Torino • Global Navigation Satellite Systems: Signal, Theory and Applications, edited by Shuanggen Jin, ISBN 978-953-307-843-4, 438 pages, Publisher: InTech, (http://www.intechopen.com/books/global-navigation-satellite-systems-signal-theory-and-applications) • Satellite Positioning - Methods, Models and Applications, Edited by Shuanggen Jin, ISBN 978-953-51-1738-4, 212 pages, Publisher: InTech, (http://www.intechopen.com/books/satellite-positioning-methods-models-and-applications • Fabio Dovis (ed), "GNSS Interference Threats and Countermeasures", Artech House, 2014, ISBN: 978-1-60807-810-3
Suggested books: • Hofmann-Wellenhof et al (2008) – GNSS Global Navigation Satellite system. Springer – New York. • Leick (2003) - Gps Satellite Surveying - J. Wiley – Canada. III Edizione. • Misra P., Enge P. Global Positioning System: Signals, Measurements, and Performance, Ganga-Jamuna press • Dovis F., Mulassano P., Dominici F., Overview of Global Navigation Satellite Systems, In: Handbook of Position Location: Theory, Practice and Advances, pp. 923-974, Wiley-IEEE press (USA), 2011, ISBN: 978-0-470-94342-7, doi: 10.1002/9781118104750.ch28 • Fantino M., Lo Presti L., Pini M. Digital signal processing in GNSS receivers, In: Handbook of Position Location: Theory, Practice, and Advances / Zekavat S.A., Buehrer R.M. (ed.) Wiley - IEEE Press, pp 48, pagine 975-1022, ISBN: 9780470943427 • Lecture notes and slides provided during the course, available on the website of teaching In-Depth - books • Cina, A. (2014). Dal GPS al GNSS per la geomatica. CELID, Torino. ISBN 978-8867890200 • Cina, A. (2002). Trattamento delle misure topografiche. CELID, Torino. ISBN 88-7661-534-2 • Comoglio, G. (2008). Topografia e cartografia. CELID, Torino • Global Navigation Satellite Systems: Signal, Theory and Applications, edited by Shuanggen Jin, ISBN 978-953-307-843-4, 438 pages, Publisher: InTech, (http://www.intechopen.com/books/global-navigation-satellite-systems-signal-theory-and-applications) • Satellite Positioning - Methods, Models and Applications, Edited by Shuanggen Jin, ISBN 978-953-51-1738-4, 212 pages, Publisher: InTech, (http://www.intechopen.com/books/satellite-positioning-methods-models-and-applications • Fabio Dovis (ed), "GNSS Interference Threats and Countermeasures", Artech House, 2014, ISBN: 978-1-60807-810-3
Modalità di esame: prova orale obbligatoria;
L’esame consiste in una discussione su gli argomenti delle lezioni frontali e di un elaborato proposto durante il corso, sviluppato nelle ore di esercitazione e autonomamente dallo studente.
Exam: compulsory oral exam;
The exam is an oral discussion with the student about the topics which are explained in the course and they aim at testing the knowledge of the theoretical concepts on positioning, spatial data acquisition and GIS, as well as the ability to apply them to solve position and navigation problems. The oral exam will be composed at least by two questions on satellite navigation and ICT part, and two questions on Geomatics part of the course. They both contribute for the 50% to the final grade, but a positive mark (>18/30) is reached in each single part. Each student is required to deliver a mandatory individual report on the laboratory activity developed during the class. The report is not evaluated and the final mark will be only based on the oral exam. The report must to be uploaded in the "portale della didattica" within the deadline for the exam booking.


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