Tempeste Solari e Rilievi GNSS: Sai Come Influiscono sulle Tue Misurazioni?

  • Autore dell'articolo:
  • Tempo di lettura:9 minuti di lettura
  • Categoria dell'articolo:News

Negli ultimi mesi, l’attività solare ha raggiunto livelli notevoli, segnando il picco del 25° ciclo solare iniziato nel 2019. Secondo la NASA, questo ciclo ha raggiunto il suo massimo nel 2024, con un numero di macchie solari superiore alle previsioni iniziali.

Sky TG24

Ad agosto 2024, è stato registrato il picco più alto di attività solare degli ultimi 20 anni, con oltre 200 macchie solari al giorno.

Ilmeteo.net | Meteored

Questa intensificazione dell’attività solare ha portato a un aumento delle tempeste geomagnetiche, influenzando vari sistemi tecnologici sulla Terra, inclusi i sistemi di navigazione satellitare GNSS.

“Il Sole al massimo del suo 25° ciclo solare, con un numero elevato di macchie solari visibili.”

L’Influenza delle Tempeste Solari sul Rilievo GNSS: Teoria, Impatti e Soluzioni

Le tempeste solari, causate dall’intensa attività della nostra stella, rappresentano una sfida per i professionisti del rilievo topografico. Questi fenomeni naturali, come le espulsioni di massa coronale (CME) e i brillamenti solari, rilasciano particelle cariche e radiazioni elettromagnetiche che interagiscono con la magnetosfera terrestre. Queste interazioni possono influenzare significativamente i sistemi GNSS (Global Navigation Satellite System), utilizzati per ottenere misurazioni precise della posizione.

In questo articolo esamineremo:

  • La teoria dietro gli effetti delle tempeste solari sul GNSS, inclusa la scala Kp per misurare l’intensità delle tempeste geomagnetiche;
  • L’impatto sui rilievi base-rover a breve distanza e sull’utilizzo delle reti di stazioni permanenti;
  • Suggerimenti pratici per minimizzare gli errori e garantire risultati accurati.

Teoria: Come le Tempeste Solari Influenzano il GNSS

La Ionosfera e il Segnale GNSS

Il segnale GNSS trasmesso dai satelliti attraversa la ionosfera, uno strato atmosferico ricco di particelle ionizzate, prima di raggiungere i ricevitori terrestri. La densità elettronica di questo strato, nota come TEC (Total Electron Content), influisce sulla velocità e sulla direzione del segnale, introducendo ritardi che possono tradursi in errori di posizionamento.

Durante le tempeste solari, il TEC può aumentare drasticamente a causa dell’arrivo di particelle cariche e radiazioni solari, causando:

  • Ritardi ionosferici: in condizioni normali, possono variare da 5 a 15 metri, ma durante tempeste intense possono raggiungere anche 50 metri;
  • Scintillazioni ionosferiche: variazioni rapide nell’intensità e nella fase del segnale, che possono provocare perdita di lock sui satelliti o dati inaccurati.

Cos’è l’Indice Geomagnetico Kp e Come Funziona

Un elemento chiave per monitorare l’attività geomagnetica è l’indice Kp, un parametro utilizzato per misurare l’intensità delle tempeste geomagnetiche su scala globale.

Importanza per i rilievi GNSS: durante eventi con Kp superiore a 5, gli errori ionosferici possono aumentare considerevolmente, riducendo l’affidabilità delle correzioni in tempo reale (RTK).

“La scala Kp misura l’intensità delle tempeste geomagnetiche su una scala da 0 a 9.”


Impatto sui Rilievi Base-Rover a Breve Distanza

Il metodo base-rover, utilizzato comunemente nei rilievi topografici, prevede che una stazione base fissa trasmetta correzioni differenziali a un rover mobile. Quando la distanza tra base e rover è inferiore a 300-400 metri, come accade di frequente nei rilievi locali, gli effetti differenziali degli errori ionosferici sono generalmente ridotti.

Tuttavia, durante periodi di elevata attività solare, si possono verificare problemi:

  • Scintillazioni ionosferiche: anche su brevi distanze, queste fluttuazioni possono causare perdita di segnale temporanea o un peggioramento della precisione.
  • Errori residui: benché ridotti rispetto a baseline più lunghe, possono comunque superare alcuni centimetri, specialmente in condizioni geomagnetiche avverse.

Rilievi con le Reti di Stazioni Permanenti

Le reti di stazioni permanenti GNSS forniscono correzioni in tempo reale (RTK) e sono progettate per migliorare l’accuratezza delle misurazioni. In condizioni normali, l’errore standard nei rilievi con queste reti è di:

  • Circa 2-3 cm in planimetria;
  • Circa 5-8 cm in altimetria.

Tuttavia, durante tempeste solari intense, la precisione può diminuire leggermente:

  • Incremento dell’errore ionosferico: può aggiungere 1-2 cm agli errori standard già esistenti, specialmente nelle aree lontane dalla rete di stazioni permanenti o in condizioni di alta latitudine.
  • Fluttuazioni delle correzioni: in casi estremi, le correzioni potrebbero risultare incoerenti, portando a misurazioni fuori tolleranza.

Strategie per Minimizzare gli Errori

Per garantire la precisione dei rilievi GNSS anche durante i periodi di intensa attività solare, è possibile adottare le seguenti strategie:

  1. Monitorare l’Attività Solare
    • Consultare siti web specializzati come SpaceWeather.com o applicazioni mobili come SpaceWeatherLive, che forniscono aggiornamenti in tempo reale sull’attività geomagnetica.
    • Evitare rilievi in presenza di un indice Kp superiore a 5.
  2. Ridurre la Distanza Base-Rover
    • In condizioni di tempeste geomagnetiche, mantenere le distanze base-rover il più corte possibile (sotto i 100-200 metri, se fattibile) per minimizzare gli effetti differenziali.
  3. Utilizzare Ricevitori GNSS Multi-Frequenza
    • I ricevitori che operano su frequenze multiple (L1, L2, L5) possono compensare meglio gli errori ionosferici, migliorando la robustezza del segnale.
  4. Post-Elaborazione dei Dati
    • Per rilievi critici, è consigliabile effettuare una post-elaborazione, che consente di applicare correzioni ionosferiche basate su modelli aggiornati e precisi.
  5. Pianificazione dei Rilievi
    • Prediligere orari in cui l’attività ionosferica è meno intensa, come il mattino presto o il tardo pomeriggio.

Conclusioni

Le tempeste solari, pur rappresentando una sfida per la precisione dei rilievi GNSS, possono essere gestite efficacemente attraverso una pianificazione attenta e l’uso di strumenti tecnologici avanzati. Comprendere l’influenza di questi fenomeni sui rilievi base-rover e sui sistemi di stazioni permanenti è essenziale per adottare strategie mirate a ridurre al minimo gli errori.

Conoscenze aggiornate, strumenti adeguati e una buona preparazione consentono ai professionisti del settore di mantenere elevati standard di qualità, anche in condizioni geomagnetiche avverse.

Ing. Giorgio Ubbiali

Product Specialist Diemme strumenti