Il sistema di archiviazione e gestione dati GPS/GNSS di ISPRA

Negli ultimi decenni, i sistemi globali di navigazione satellitare (GNSS) hanno rivoluzionato numerosi settori, tra cui la geomatica, la logistica, la navigazione e il monitoraggio ambientale. La disponibilità di dati GNSS accurati e accessibili è diventata un requisito fondamentale per applicazioni che richiedono precisione e affidabilità. Pertanto, la distribuzione efficiente di tali dati rappresenta un obiettivo importante, specialmente quando si tratta di servire un’ampia gamma di utenti con esigenze diverse. In questo contesto, la diffusione efficiente di tali dati è diventata sempre più cruciale per rispondere alle necessità di un ampio spettro di utenti, dalla comunità scientifica agli enti pubblici fino ai professionisti del territorio.

ISPRA sta sviluppando un sistema per la gestione e archiviazione dei dati GPS/GNSS acquisiti dalle proprie stazioni con l’obiettivo di fornire un accesso semplice, rapido e strutturato ai dati registrati dalle stazioni permanenti installate nel tempo da diverse strutture dell’Istituto, garantendo al contempo la completezza delle informazioni fornite. Sono state sviluppate procedure automatiche per il trasferimento, il pre-processamento e l’archiviazione dei dati GPS/GNSS acquisiti da circa 20 anni per un totale di oltre 60.000 files. L’obiettivo finale è quello di favorire l’accesso libero ai dati GNSS da parte della comunità scientifica e tecnica promuovendo e contribuendo in tal modo all’avanzamento delle applicazioni basate su queste tecnologie. Il sito web in fase di sviluppo fungerà da piattaforma per la condivisione dei dati provenienti dalle stazioni di misura che acquisiscono dati da diverse costellazioni satellitari. Gli utenti potranno consultare, selezionare e scaricare le informazioni e i dati in base alle proprie esigenze applicative.

ISPRA attraverso il Servizio Geologico d’Italia (GEO-GFI), in collaborazione con il Centro Nazionale per la caratterizzazione ambientale e la protezione della fascia costiera, la climatologia marina e l’oceanografia operativa e con il supporto del Servizio Informatico, attualmente gestisce una rete di stazioni GNSS distribuite lungo la Penisola Italiana. Le stazioni sono state installate per il monitoraggio delle deformazioni superficiali in contesti significativi: aree sismicamente attive dell’Appennino centro-meridionale; un settore del fianco orientale dell’Etna, coinvolto recentemente da eventi sismici e da deformazioni connesse all’attività vulcanica; aree costiere e aree soggette a fenomeni franosi. La localizzazione delle stazioni risponde a esigenze scientifiche e operative supportando le attività di studio e ricerca sui vari fenomeni.

La rete GNSS di ISPRA è attualmente costituita da stazioni permanenti distribuite sul territorio nazionale per garantire una copertura adeguata e un monitoraggio continuo delle deformazioni superficiali in diverse aree del territorio italiano (Fig.1). Le stazioni acquisiscono i segnali trasmessi dai principali sistemi di navigazione satellitare, principalmente la costellazione statunitense GPS e la russa GLONASS, ma in numerose stazioni anche la costellazione europea Galileo e la cinese Beidou. La ricezione di più costellazioni consente, infatti, di migliorare l’accuratezza e l’affidabilità delle misure, aspetto cruciale per molte applicazioni scientifiche e operative.

Figura 1. Distribuzione delle stazioni GNSS attualmente attive

Le prime stazioni GPS permanenti sono state installate a partire dal 2005, grazie a una collaborazione tra Servizio Geologico, INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) e Dipartimento della Protezione Civile (DPC) (Fig.2). Nello stesso periodo (2005-2006), nuove stazioni sono state installate sul fianco orientale dell’Etna a seguito dell’evento sismico occorso nel 2002 e per lo studio dei fenomeni deformativi legati all’attività vulcanica (Rete GPS permanente SiOrNet)

Figura 2. Stazione GNSS LEOF – Rete GSDNet (Prov. Rieti)

In seguito, la rete è stata ampliata con nuove installazioni in corrispondenza di aree in frana e in occasione del sisma de L’Aquila (2009). Infine, nuove stazioni sono state installate per lo studio delle deformazioni in corrispondenza delle stazioni di misura della Rete Mareografica della Laguna di Venezia  e della Rete Mareografica Nazionale (RMN)  (Fig.3). Negli ultimi anni sono state integrate nella rete ISPRA anche stazioni GNSS appartenenti ad altri Enti (ad es. Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti e ADSP Mare Adriatico Centrale) e localizzate in aree costiere vicine a mareografi della RMN.

Figura 3. Stazione GNSS BARM co-localizzata con la stazione della Rete Mareografica Nazionale di Bari

Caratteristiche tecniche delle stazioni GNSS

Le stazioni della rete GNSS di ISPRA operano 24 ore su 24, 7 giorni su 7, assicurando un’acquisizione continua dei dati. Sono equipaggiate con ricevitori GNSS geodetici a doppia frequenza, antenne Choke-Ring, e sistemi di comunicazione che permettono la gestione da remoto e il trasferimento automatico dei dati tramite modem (Fig.4). In molti casi, inoltre, le stazioni sono provviste di un sistema di alimentazione autonomo tramite pannello fotovoltaico.

Figura 4. Mobiletto con i componenti hardware di una stazione GNSS permanente

Per ciascuna stazione sono state predisposte delle monografie tecniche contenenti le principali informazioni necessarie a localizzare la stazione: nome della stazione, ubicazione, coordinate, altezza ellissoidica, e le principali informazioni utili per raggiungere il sito, l’ubicazione in mappa, foto panoramiche e di dettaglio (Fig.5). Oltre alle monografie vengono aggiornati periodicamente i Site Log (Site Information Form) che contengono per ciascuna stazione informazioni dettagliate sulle caratteristiche del sito, la strumentazione installata, il tipo di antenna, la configurazione del ricevitore e il tipo di segnali acquisiti, la frequenza di acquisizione dei dati. Sono riportati, inoltre, i periodi di attività della stazione e altre note tecniche importanti per la gestione e interpretazione dei dati, per consentire una corretta analisi delle serie storiche, per migliorare la precisione delle misure o per risolvere eventuali problematiche tecniche.

Fig.5: Monografia di una stazione GNSS

Il Data Center e l’accesso tramite portale

L’archivio dei dati (Data Center) include dati provenienti dalle stazioni appartenenti alle varie sottoreti ed è situato presso la sede centrale di ISPRA. Il sito web in via di sviluppo consentirà l’accesso all’archivio dei dati acquisiti dalle stazioni permanenti di ISPRA e fungerà da interfaccia per la disseminazione aperta e gratuita dei dati acquisiti.

I file nel formato RINEX, lo standard internazionale utilizzato per l’interscambio di dati GNSS, saranno liberamente accessibili attraverso il portale, insieme ai metadati tecnici e ai documenti informativi. Questo approccio mira a facilitare l’accesso ai dati da parte di ricercatori, enti pubblici, professionisti e cittadini interessati, promuovendo la condivisione delle informazioni e la collaborazione scientifica. Le applicazioni potenzialmente supportate da questi dati includono il monitoraggio sismico e vulcanico, l’analisi delle deformazioni del suolo in aree sensibili, lo studio della subsidenza in aree costiere, la valutazione delle variazioni del livello medio del mare. Grazie alla qualità dei dati, alla buona copertura territoriale e a un sistema di gestione efficiente e accessibile, i dati della rete GNSS di ISPRA possono rappresentare una risorsa preziosa per la comunità scientifica nazionale e internazionale e per le istituzioni impegnate nella gestione del territorio e nella mitigazione dei rischi naturali.

Fig.6: Numero di file RINEX archiviati nel Data Center fino ad oggi