Il posizionamento GNSS sugli smartphone è possibile, più o meno, da quando i primi device si sono affacciati al mercato. Un ricevitore ed una antenna GPS, in ogni caso, sono stati integrati già in alcuni dei primi dispositivi di questo tipo. Ad oggi, tutti gli smartphone in commercio hanno al loro interno un ricevitore ed una antenna che consentono di ricevere i dati dalle costellazioni presenti e, di conseguenza, consentono di calcolare una posizione assoluta del dispositivo. Quasi tutti, peraltro, sono multicostellazione e multifrequenza. In altre parole, si tratta di ricevitori mediamente moderni.
L’output che l’utente ottiene, generalmente, è proprio la posizione, che viene usata in un grande numero di applicazioni. Si pensi alla più consueta, in questo contesto, che è il navigatore satellitare. Esso, appunto, utilizza la posizione generata dal ricevitore GNSS interno.
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Tutto questo è ciò che accadeva fino a ieri, e peraltro ancora adesso nella gran parte degli smartphone.
Dal 2016 è stata, però, introdotta una novità sostanziale. Su alcuni dispositivi Android, è possibile avere accesso diretto ai dati grezzi GNSS e non soltanto alle soluzioni in termini di posizione. Google ha rilasciato, da quel momento e a partire da Android 7, una serie di API per accedere alle osservabili che sono, quindi, diventate leggibili, registrabili, scaricabili. È evidente che ciò apre ad una serie di possibilità e ad una serie di applicazioni differenti e molto più ampie.
Innanzitutto, appunto, è possibile registrare e scaricare le osservabili grezze. In questo modo, si possono effettuare delle analisi di qualità , sia onboard che mediante altri SW desktop. Ma soprattutto, si possono poi evidentemente processare i dati. Eventualmente anche in appoggio a stazioni base, come un qualsiasi ricevitore rover, è possibile effettuare un post processing dei dati acquisiti.
Ancora, da ultimo, è possibile effettuare un posizionamento RTK, direttamente onboard. Â
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I device abilitati
Come detto, l’apertura di Google all’accesso diretto ai dati grezzi GNSS è avvenuta nel 2016 a partire da Android 7. Vi è, quindi, innanzitutto da notare che tale accesso è possibile soltanto su smartphone e dispositivi Android, mentre non è possibile su dispositivi con sistema operativo diverso (iOS o altri).
Pure tra tutti i dispositivi Android, non tutti i device consentono l’accesso e non tutti danno accesso alle medesime informazioni, tipologie di frequenze, costellazioni.
La lista dei dispositivi che consentono accesso è sempre in aggiornamento, in funzione del fatto che continuamente escono nuovi device, aggiornamenti del sistema operativo, integrazione con diversi chip GNSS.
Qui si trova una lista aggiornata dei device, con una serie di caratteristiche tecniche relative al tipo di ricevitore GNSS: https://developer.android.com/guide/topics/sensors/gnss#supported-devices
Le applicazioni
La registrazione dei dati grezzi, così come l’analisi di alcuni parametri di qualità onboard, necessita l’uso di applicazioni mobile dedicate.
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Fig.1 – GNSSLogger – App di Google per l’analisi, la registrazione e l’esportazione dei dati
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GNSSLogger (Fig. 1) è l’applicazione sviluppata direttamente da Google per effettuare l’analisi dei dati, la registrazione e l’esportazione degli stessi. Nella schermata principale, si possono impostare tutte le opzioni di logging (Fig. 2).
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Fig.2 – Schermata home dell’applicazione GNSSLogger
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In particolare, si notino le ultime due opzioni, che indicano se l’utente voglia registrare soltanto il file NMEA o anche il file RINEX.
Nel primo caso, vengono registrate le soluzioni, in termini di coordinate e alcuni altri parametri indicatori della qualità del posizionamento. Nell’NMEA, sono, infatti, compresi parametri quali il numero di satelliti, i valori di DOP, le coordinate della base usata.
Nel secondo caso, invece, si indica di registrare anche i dati grezzi, in formato RINEX.
È evidente che se l’applicazione è installata su uno di quei device che danno accesso diretto ai dati grezzi, sarà possibile trovare il file rinex registrato. In caso contrario, qualora si abiliti tale opzione su di uno smartphone che non ha accesso diretto ai dati grezzi, l’applicazione non riporta alcun errore ma semplicemente non presenta, in output, alcun file rinex.
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Tra le altre impostazioni, che sono definibili su questa prima pagina, vi è la possibilità di registrare un file navigazionale, di aggiungere il GNSS Status al file NMEA, eventuale log contenente le informazioni sul tipo di antenna.
Una volta impostati i parametri descritti è possibile, ed auspicabile, fare una prima analisi del livello di qualità dei satelliti in vista.
Dal menù “plot” si può vedere il grafico del rapporto Segnale/Rumore di ogni satellite. Tale grafico, dinamico ed in tempo reale, indica in maniera chiara il livello di degrado del segnale proveniente da ogni satellite (Fig. 2). Per ogni satellite, una linea colorata indica il valore di S/N istante per istante. Indicativamente, valori superiori a 35 / 38 dbHz sono considerati valori discreti. Qualora il S/N sia, invece, più basso è indicativo di un segnale piuttosto degradato.
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Fig. 2 – SNR dall’applicazione GNSSLogger
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Nelle seguenti schede (Fig. 3) skyplot e status, è possibile vedere la posizione nel cielo di ogni singolo satellite, unitamente ad un elenco degli stessi, divisi per costellazione e identificati dal codice ID univoco per ogni satellite. Per ogni satellite, è indicato il rapporto S/N, l’elevazione e l’azimuth sull’orizzonte.
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Fig. 3 – Skyplot e elenco satelliti dall’applicazione GNSSLogger
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Elemento utile dell’applicazione GNSSLogger è, poi, la possibilità di installare la corrispondente applicazione desktop, per cui è richiesto, come unico requisito, di avere MATLAB.
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L’applicazione desktop è liberamente scaricabile da qui: https://github.com/google/gps-measurement-tools
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Consente di effettuare una serie di analisi più dettagliate ed approfondite rispetto a quanto possibile semplicemente sulla app mobile.
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Settori di utilizzo
L’accesso ai dati grezzi su ricevitori smartphone è una novità degli ultimi anni. Per i primi tempi circoscritta a soli device di alta fascia, nel tempo si è diffusa a un buon numero di dispositivi Android che, ad oggi, consentono di raccogliere i dati grezzi di tutte le costellazioni presenti.
Si è detto di come tale novità apra ad una serie di utilizzi differenti. Quali sono alcuni di questi campi di utilizzo?
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Si pensi, intanto, alle attività di raccolta dati in campo. Tutte le applicazioni che richiedono di raccogliere informazioni per la creazione di basi dati in ambiente GIS, si possono prestare all’utilizzo di uno smartphone di questo tipo. Non sono richieste precisioni troppo spinte, tendenzialmente dell’ordine di qualche decina di centimetri, che quindi sono del tutto compliant con le caratteristiche dei ricevitori che consentono accesso ai dati grezzi su smartphone.
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Da un punto di vista delle applicazioni navigazionali, uno smartphone di questo tipo può essere utile in alcuni contesti complessi, ad esempio in ambiente urbano, laddove la precisione classica di pochi metri non sia sufficiente a fornire un informazione utile alla navigazione.
Inoltre, uno strumento di questo tipo può essere utile per effettuare analisi di qualità , speditiva, in particolari aree di interesse. Laddove ci sia necessità di vedere se un rilievo GNSS possa essere applicabile, anche senza disporre di ricevitori di alta fascia, tipicamente geodetici, si può analizzare la qualità del segnale semplicemente usando lo smartphone.
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Conclusioni
Il presente articolo vuole essere un’introduzione piuttosto operativa all’uso di raw data su smartphone. Tanto si è detto negli ultimi anni su questa novità , ma ancora poche sono le esperienze applicative reali, pur essendo tante le opportunità .
L’inquadramento e il focus sull’uso di una applicazione hanno proprio l’obiettivo di aiutare il lettore nell’uso di smartphone per posizionamento di medio alta precisione.
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