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PORTALE DELLA DIDATTICA

Geomatica

03FMCMX

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 44
Esercitazioni in aula 16
Tutoraggio 30
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Cina Alberto - Corso 2 Professore Associato ICAR/06 44 48 0 0 9
Manzino Ambrogio - Corso 1 Professore Ordinario ICAR/06 44 32 0 0 10
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ICAR/06 6 F - Altre (art. 10, comma 1, lettera f) Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro
2018/19
La geomatica è la scienza che modellizza e analizza dati geografici “georeferenziati”, per produrre e gestire informazioni spaziali. Se si pensa che la maggior parte delle decisioni politiche viene presa in base a considerazioni su dati spaziali territoriali, l’impatto sociale di questa materia è evidente: essa è a supporto di operazioni tecniche, scientifiche, politico amministrative e legali. La conoscenza del territorio attraverso la misura e la rappresentazione, è fondamentale per la sua gestione, per fini protezionistici o per la realizzazione ed il controllo di opere di ingegneria. L’insegnamento si propone di fornire agli studenti, conoscenze sui moderni metodi di posizionamento satellitare GPS / GNSS, posizionamento inerziale, misure con laser a scansione, fotogrammetria digitale e tecniche integrate, finalizzate alle applicazioni di rilievo a supporto dell’ingegneria civile. Oltre alla teoria strumentale e ai principi di misura, la definizione dei sistemi di riferimento e la loro realizzazione è alla base di ogni operazione di georeferenziazione. Il trattamento statistico dei dati sarà finalizzato all’elaborazione delle misure acquisite, alla loro restituzione e all’integrazione dei vari sensori di misura per il rilievo integrato. Il trattamento dei dati, fatto con programmi di calcolo noti in ambiti scientifici e professionali, permetterà di valutare le potenzialità dei moderni metodi di rilievo.
Geomatics is the science of modeling and analyzing geographic data " geo-referenced " to produce and manage spatial information. If you think that most of the political decisions are taken on the basis of considerations of spatial data spatial, the social impact of this matter is clear: Geomatics support technical operations, scientific programs, political, administrative and legal issues. The knowledge of the territory through the measurement and representation it is essential for its operation , for protectionist purposes or for the creation and control of engineering works . The teaching aims to provide students, knowledge about modern methods of satellite positioning GPS / GNSS positioning inertial measurements, laser scanning , digital photogrammetry and integrated techniques, aimed at surveying applications in support of civil engineering. In addition to the instrumental theory and principles of measurement , the definition of the reference systems and their realization is the basis of every transaction geo-referencing . The statistical data analysis will be aimed at the elaboration of the acquired measurements , their return and integration of various sensors for measuring the integrated survey . The data processing, done with computer programs known in scientific and professional field, will assess the potential of modern methods of survey.
Conoscenza dei principi teorici su cui si basano le diverse tecniche di misura, progetto ed esecuzione dei rilievi, conoscenza delle tecniche di elaborazione dei dati, analisi dei risultati e loro valutazione con tecniche statistiche. Applicazione delle tecniche geomatiche per il rilievo del territorio, di edifici e opere d’ingegneria, per la cartografia, per il monitoraggio dei movimenti e delle deformazioni, per il tracciamento e la realizzazione di opere d’ingegneria civile e per la protezione del territorio. Capacità di eseguire misure con ricevitori GPS/GNSS, stazioni totali, laser a scansione, sensori inerziali e tecniche di fotogrammetria digitale. Capacità di scelta delle ottimali metodologie di rilievo e capacità di integrare dati provenienti dalle diverse tecniche di misura. Capacità di elaborazione delle misure acquisite sul terreno, o di esempi proposti. Capacità di sviluppo autonomo di procedure di calcolo per problemi di calcolo per le applicazioni geomatiche.
Knowledge of the theoretical principles underlying the different measurement techniques, planing and execution of surveys, knowledge of the techniques of data processing, analysis of results and their evaluation by statistical techniques. Application of Geomatics techniques for surveying of the territory buildings and engineering works, for mapping, monitoring of movements and deformations, tracking and implementation of civil engineering and for the protection of the territory. Ability to perform measurements with GPS / GNSS, total stations, laser scanner, inertial sensors and digital photogrammetry techniques. Ability to choose the optimal survey methods and ability to integrate data from different measurement techniques. Processing capabilities of current measurements on the ground, or examples given. Capacity for self-development of computational procedures for computing problems for applications Geomatics.
Oltre alle fondamentali conoscenze matematiche, si richiedono le basi della topografia, quali la geodesia (superfici e sistemi di riferimento), la cartografia, il trattamento delle misure e la parte teorica strumentale relativa alle misure topografiche classiche.
In addition to the basic mathematical knowledge, we require the basics of topography, such as geodesy (surfaces and reference systems), cartography, treatment of measures theoretical part and instrumental part on the classic topographic measurements.
Presentazione dell’ insegnamento. Richiami di statistica, variabile statistica e casuale nD, correlazione lineare, minimi quadrati. Stima della matrice di varianza covarianza dei parametri, affidabilità teorica ed errori del 1° e 2° tipo, data-snooping. Test adeguatezza del modello e numero di condizione. Matrice di ridondanza e relazione tra osservazioni e residui. Problemi di mq: equazioni delle reti geodetiche, loro linearizzazione e condotta dei calcoli. Ellissi d'errore, simulazione di reti e grandezze progettabili. Principi su minimi quadrati sequenziali e su filtro di Kalman. Richiami sul sistema e sul segnale. Concetti di calcolo delle orbite satellitari. Posizionamento GPS stand-alone con misure di codice e di fase. Errori nel GPS. Posizionamento relativo: differenze di fase. Cycle slip. Posizionamento differenziale DGPS e RTK, trasmissione delle correzioni differenziali. Tecniche di acquisizione: modalità e precisione del posizionamento. Caratteristiche dei ricevitori GPS/GNSS. Stazioni permanenti. Posizionamento GNSS: caratteristiche della costellazioni GLONASS. Cenni su nuove costellazioni Galileo, COMPASS, QZSS. Reti GNSS classiche e reti RTK. Architetture VRS, MRS, MAC. Concetto e definizione di DATUM. Sistemi inerziali ed ECEF. Cambio di sistema di riferimento e sistemi di coordinate. Reti geodetiche nazionali: IGM95, reti di stazioni permanenti GNSS, Rete Dinamica Nazionale (RDN). DATUM altimetrico: dislivelli con GPS e con misure classiche, quote ortometriche dinamiche e geopotenziali, correzioni ortometriche. GNSS e reti 3D: integrazione con misure classiche, da campo reale a campo normale e parallelo della gravità. Principi fisici del posizionamento inerziale, giroscopi, accelerometri e magnetometri. Sensori inerziali IMU e loro tipologie strapdown e gimbaled. Principi sul calcolo della posizione con IMU. Bias ed errori sul posizionamento. Sistemi di riferimento inerziali, ECEF, di navigazione e body e equazioni di navigazione. Navigazione inerziale e integrata con GNSS, accoppiamento loosely e tightly coupled. Applicazioni GNSS/IMU nella geomatica: rilievi ad alto rendimento con Mobile Mapping System (MMS) in applicazioni terrestri, aeree o con droni, integrazione tra IMU GNSS, camere digitali, relazioni tra sistemi di riferimento e scale temporali. Principi di funzionamento del laser a scansione. Impulsi e misure di fase. Echi e impulsi di ritorno del segnale. Tipologie di strumenti e precisioni. Tecniche di acquisizione LIDAR terrestri e aeree. Posizionamento del sensore nel LIDAR aereo e terrestre. Integrazione tra LIDAR aereo, GNSS e IMU. Il progetto delle scansioni aeree e terrestri. Allineamento e registrazione delle scansioni LIDAR e cenni su filtraggio, classificazione e segmentazione. Prodotti e applicazioni che si avvalgono del LIDAR. Principi, fotogramma e stella di direzioni. Fasi del processo: presa e restituzione. Sistema di riferimento immagine, orientamento interno ed esterno. Fondamenti analitici: equazioni collinearità. Equazioni di prospettivizzazione e di restituzione. Proiezione centrale di un oggetto piano. Progetto del volo. Orientamento interno, distorsione obiettivi, orientamento relativo analitico simmetrico e asimmetrico, orientamento assoluto analitico. Cenni sulla triangolazione aerea per modelli indipendenti e stelle proiettive. Visione stereoscopica. Restitutori analitici e digitali. Camere fotogrammetriche digitali e analogiche, aeree e terrestri. Fotogrammetria digitale, raddrizzamento e ortoproiezione. Applicazioni della fotogrammetria per il rilievo del territorio e oggetti. La realizzazione e il tracciamento di opere d'ingegneria: dal progetto alla realizzazione dell’opera, rete geodetica di inquadramento per le operazioni di tracciamento. Tracciamento planimetrico e altimetrico con stazioni totali, con GPS/GNSS, con teodoliti giroscopici: schemi operativi e precisioni. Problemi geodetici e cartografici nella riduzione delle misure dal piano cartografico al terreno. Sistemi di riferimento isometrici per il tracciamento di grandi opere ed esempi operativi.
Presentation of the teaching. Elements of statistics, statistical variable and random nD, linear correlation, least squares. Estimation of the variance covariance matrix of the parameters, reliability and theoretical errors of the 1st and 2nd type, data-snooping. Test adequacy of the model and condition number. Redundancy matrix and the relationship between observations and residuals. Problems sqm: equations of geodetic networks, their linearization and conduct of the calculations. Ellipses error, simulation of networks and configurable variables. Principles of sequential least squares and Kalman filter. Recalls on the system and on the signal. Concepts for calculating satellite orbits. Stand-alone GPS positioning with code and phase measurements. Errors in GPS. Relative positioning: phase differences. Cycle slips. Positioning DGPS and RTK differential, transmission of differential corrections. Techniques of acquisition: methods and accuracy of the positioning. Features of GPS / GNSS. Permanent stations. GNSS Positioning: characteristics of GLONASS constellations. Work on new constellations Galileo, COMPASS, QZSS. GNSS RTK networks and traditional networks. Architectures VRS MRS MAC. DATUM: Concept and definition. Inertial Systems and ECEF. Change of reference system and coordinate systems. National geodetic networks: IGM95, networks of GNSS permanent stations, Dynamic National Network (RDN). DATUM Height: height differences with GPS and classical measurements, elevations and geopotential dynamic, orthometric corrections. GNSS networks and 3D integration with classical measures, from field to real field normal and parallel to gravity. Physical principles of inertial positioning, gyroscopes, accelerometers and magnetometers. Inertial sensors and their types IMU strapdown and gimbaled. Principles on calculating of the position with IMU. Bias and errors in the positioning Inertial reference systems, ECEF, navigation and body and navigation equations. Inertial navigation and integrated with GNSS, loosely coupled and tightly coupled. Applications GNSS / IMU in geomatics: high-performance surveys with Mobile Mapping System (MMS) applications in land, air or drone, IMU integration between GNSS, digital cameras, relations between reference systems and time scales. Principles of operation of the laser scan. Pulse and phase measurements. Echoes and pulse return signal. Instrument and precision. LIDAR Techniques of acquisition for land and air. Positioning of the sensor in air and ground LIDAR. Integrating LIDAR plane, GNSS and IMU. The project scans air and land. Alignment and registration of LIDAR scans and notes on filtering, classification and segmentation. Products and applications that make use of LIDAR. Principles of photogrammetry and star of directions. Process Steps: from the taking pictures to the map production. Image reference system, internal and external orientation. Analytical foundations: collinearity equations. Prospective Equations and external orientation. Central projection of a plane object. Project of the flight. Internal orientation, distortion objectives, analytical symmetric and asymmetric relative orientation, absolute orientation analysis. Work on the aerial triangulation for independent models and stars projective. Stereoscopic vision. Analytical stereo-plotters and digital stereo-plotters. Analog and digital photogrammetric cameras, aerial and land cameras. Digital photogrammetry and ortho rectification. Applications of photogrammetry for surveying of the territory and buildings. The construction and tracking of engineering works: from design to construction work, geodetic network classification for tracking operations. Tracking planimetric and elevation with total stations, GPS / GNSS, with gyroscopic theodolites: operational schemes and precisions. Geodetic and cartographic problems in the reduction of measures in the plan mapping the terrain. Isometric reference systems for the tracking of major projects and working examples.
Le esercitazioni si terranno per 12 ore in parte in esterna, per operazioni di rilievo, e in parte nei laboratori, per il trattamento dei dati e le operazioni di restituzione. Per motivi di numerosità, nelle operazioni di misura le 2 squadre potranno essere ancora suddivise in gruppi, secondo l’organizzazione che verrà comunicata di volta in volta. Rilievo per appoggio fotogrammetrico. Misure LIDAR. Rilievo GNSS RTK e con ricevitori GPS palmari. Esercizi su minimi quadrati, cambio sistema di riferimento, compensazione reti topografiche 3D. Progetto misure GNSS (planning), trattamento dati GPS e restituzione dei rilievi eseguiti, trattamento e visualizzazione dati LIDAR, raddrizzamento fotogrammetrico, visione e prova di restituzione stereoscopica.
Exercises will be held outdoors in part, for relief operations, and partly in the laboratory, to the processing of data and the operations of photogrammetry. For reasons of number of students, in measuring operation the two teams can still be divided into groups, according to the organization that will be communicated from time to time. surveys will be carried out, for photogrammetric purposes. LIDAR measurements will be performed as well as surveys of such GNSS RTK GPS receivers and PDAs. Exercises will be conducted on least squares, change the reference system, 3D topographic compensation networks. Project GNSS measurements (planning), GPS data processing and return of the surveys performed, processing and visualization LIDAR data, Photogrammetric image rectifying, stereoscopic vision and building cartographic products.
Testi consigliati: • Cina, A. (2014) – Dal GPS al GNSS (Global Navigation Satelite System) per la Geomatica – Torino - CELID • Manzino A. M. Quaderni di Topografia, (2017) Volume 1 Levrotto e Bella, ISBN 978-88-8218-194-9 • Manzino, A. (2001). Lezioni di Topografia – Otto Editore. In: http://ebook.polito.it/pubbl.html. • Dispense e slides fornite durante l’ insegnamento, reperibili sul sito della didattica. Per approfondimenti: • Bellone T. (2006) – Appunti di trattamento delle osservazioni – Torino, Politeko. • Kraus, K., 1994. Fotogrammetria. Vol.1 – Teoria e applicazioni. Traduzione di Sergio Dequal. Torino, Levrotto & Bella, 518 pp. • Hofmann-Wellenhof et al (2008) – GNSS Global Navigation Satellite system. Springer – New York. • Leick (2003) - Gps Satellite Surveying - J. Wiley – Canada. III Edizione.
References: • Cina, A. (2014) – Dal GPS al GNSS (Global Navigation Satelite System) per la Geomatica – Torino - CELID • Manzino A. M. Quaderni di Topografia, (2017) Volume 1 Levrotto e Bella, ISBN 978-88-8218-194-9 • Manzino, A. (2001). Lezioni di Topografia – Otto Editore. In: http://ebook.polito.it/pubbl.html. • Dispense e slides fornite durante il corso, reperibili sul sito della didattica. For further information: • Bellone T. (2006) – Appunti di trattamento delle osservazioni – Torino, Politeko. • Kraus, K., 1994. Fotogrammetria. Vol.1 – Teoria e applicazioni. Traduzione di Sergio Dequal. Torino, Levrotto & Bella • Hofmann-Wellenhof et al (2008) – GNSS Global Navigation Satellite system. Springer – New York. • Leick (2003) - Gps Satellite Surveying - J. Wiley – Canada. III Edizione.
Modalità di esame: prova orale obbligatoria;
L'esame ha la finalità di verificare l'individuale raggiungimento dell'obiettivo fondamentale dell'insegnamento, la capacità di sviluppare un percorso di progettazione nel quale conoscenza e proposta progettuale siano collegate in ogni fase. La prova orale inizia controllando il lavoro sviluppato durante le esercitazioni che è verificato individualmente dal commento degli elaborati di rilievo. L'autonomia e la maturità del singolo sono verificati impostando soluzioni a problemi di rilevamento spiegati durante le lezioni o le esercitazioni.
Exam: compulsory oral exam;
The exam aims to test the individual achievement of the basic objective of the teaching, the ability to develop a process in which knowledge of design and project proposal are connected in each phase. The oral exam starts checking the work developed during exercises that occurred individually processed by the comment of relief. The autonomy and maturity of the individual are verified by setting solutions to detection problems explained during lectures or tutorials.


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