UNIVERSIDADE REGIONAL DO CARIRI - URCA

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA - CCT

DEPARTAMENTO DA CONSTRUÇÃO CIVIL: TOPOGRAFIA E ESTRADAS

TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO

OBSERVAÇÃO DO FATOR SIGMA NO PROCESSAMENTO DE COORDENADA

POR PPP

VAGNER RIBEIRO DE BRITO ALVES

JUAZEIRO DO NORTE - CE

2017

VAGNER RIBEIRO DE BRITO ALVES

OBSERVAÇÃO DO FATOR SIGMA NO PROCESSAMENTO DE COORDENADA

POR PPP

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Comissão Examinadora do Curso de Tecnólogo da Construção Civil com habilitação em Topografia, da Universidade Regional do Cariri – URCA, como requisito para conclusão do curso. Orientador (a): Paulo Ricardo Evangelista de Araújo

JUAZEIRO DO NORTE - CE

2017

OBSERVAÇÃO DO FATOR SIGMA NO PROCESSAMENTO DE COORDENADA

POR PPP

Elaborado por Vagner Ribeiro De Brito Alves

Aluno do curso de Tecnologia da Construção Civil – URCA

BANCA EXAMINADORA

__________________________________________________

Paulo Ricardo Evangelista de Araújo (Orientador)

__________________________________________________

Prof. Dr. Eliakim Martins Araújo - URCA

__________________________________________________

Prof. Ernandes Venícios De Sousa Silva - URCA

Monografia aprovada em ______ /_______ /_________, com nota _______

JUAZEIRO DO NORTE - CE

2017

Dedico este trabalho aos meus pais,

Cosmo de Oliveira (in memorian) e Cícera

Ribeiro por terem contribuído diretamente

em minha formação pessoal e profissional

e também pelo apoio que me deram ao

longo dessa jornada.

AGRADECIMENTOS

Hoje, vivo uma realidade que parece um sonho, mas foi preciso muito esforço,

determinação, paciência, perseverança, ousadia e maleabilidade para chegar até

aqui, e nada disso eu conseguiria sozinho. Minha eterna gratidão a todos aqueles

que colaboraram para que esse sonho pudesse ser concretizado.

Sou grato primeiramente a Deus pelo dom da vida e por sempre estar

presente na minha vida permitindo que eu realize os meus sonhos, me guiando para

as melhores conquistas da minha vida.

Não poderia deixar de agradecer a minha mãe Cícera Ribeiro por me auxiliar

nesta caminhada, em que sempre me apoiou na medida do possível e dentro das

suas condições financeiras, bem como me forneceu a assistência necessária para

que eu pudesse realizar esse sonho. Em especial o meu querido pai Cosmo de

Oliveira falecido em 2015, por tudo que ele me ensinou, pelos conselhos, incentivos,

esforços, paciência, dedicação e especialmente por sempre acreditar no meu

potencial, ele não teve a oportunidade de presenciar a concretização deste sonho,

mas tenho certeza que ajudou, apoiou e torce de onde ele está, para que alcance e

tenha sucesso nesta nova jornada.

A minha namorada Viviane Mendes, por todo amor, companheirismo,

compreensão, apoio e por estar sempre ao meu lado, apoiando com cada palavra

que me dava força para levantar de cada obstáculo que aparecia.

A toda a minha família e também aos meus amigos, pelo apoio, pelo afeto e

pelo conselho que me tornaram um ser hoje digno.

Aos professores do curso de Tecnologia da construção civil da URCA, por

partilharem seu conhecimento cientifico e profissional, além dos conselhos e

orientações.

Ao professor e orientador deste trabalho Paulo Ricardo Evangelista de

Araújo, pelo conhecimento repassado, por toda sabedoria a mim depositado e pelo

dom da docência em repassar todo o conhecimento de forma clara e tão objetiva.

Aos amigos da graduação que me acompanharam ao longo dessa jornada,

sempre compartilhando conhecimento, pelos momentos de alegria que ficarão

guardados para sempre e que a partir de agora criamos laços eternos.

“O sucesso nasce do querer, da

determinação e persistência em se chegar

a um objetivo. Mesmo não atingindo o

alvo, quem busca e vence obstáculos, no

mínimo fará coisas admiráveis.”

José de Alencar

RESUMO

O presente trabalho visa observar a diferença do sigma das coordenadas

geodésicas obtidas através de dois tempos de rastreio diferentes, sendo um de 1

hora e outro de 2 horas, utilizando um GNSS geodésico Hi-target V30. Com a rápida

e constante evolução das tecnologias, o GNSS tem sido cada vez mais aplicado na

topografia. Infelizmente, em alguns casos, o entusiasmo pela sua utilização, tem

proporcionado trabalhos efetuados sem os cuidados requeridos, situação está que

deve ser modificada em função da conscientização dos usuários, tanto para a

questão do tempo de aquisição dos pontos em campo quanto à questão da maneira

de aquisição, permitindo assim aprimorar o produto final. O que trouxe a

necessidade desse estudo foi devido a uma alta dúvida referente a variação que

pode ocorrer no sigma de uma coordenada em relação a diferentes tempos de

coleta. Para a produção desse trabalho foi realizado um estudo bibliográfico das

recomendações das normas e de autores do ramo da construção civil, com relação a

técnicas de coletas de coordenadas geodésicas.

Palavras-chave: GNSS; Sigma; PPP.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 9

1.1 Justificativa ................................................................................................... 11

1.2 Objetivos ....................................................................................................... 12

1.2.1 Geral ...................................................................................................... 12

1.2.2 Específicos ............................................................................................. 12

1.3 Hipóteses ...................................................................................................... 12

2 CONSIDERAÇÕES GERAIS E REVISÃO TEÓRICA ......................................... 13

2.1 O GNSS ........................................................................................................ 13

2.2 Segmentos principais do GPS ...................................................................... 14

2.3 Método de posicionamento ........................................................................... 15

2.3.1 Posicionamento por ponto simples ou posicionamento absoluto ........... 15

2.3.2 Posicionamento por ponto preciso ......................................................... 16

2.3.3 Posicionamento relativo ......................................................................... 18

2.3.3.1 Posicionamento relativo estático ................................................. 19

2.3.3.2 Posicionamento relativo estático rápido....................................... 19

2.3.3.3 Posicionamento relativo semi cinemático .................................... 19

2.3.3.4 Posicionamento relativo cinemático ............................................. 20

2.4 Interferência de Sinal no GPS ...................................................................... 20

2.5 Desvio Padrão (Sigma) ................................................................................. 21

2.6 Sistema de Referência ................................................................................. 22

3 METODOLOGIA ................................................................................................. 24

3.1 Coleta dos Dados ......................................................................................... 27

3.2 Processamento dos Dados ........................................................................... 31

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................ 33

5 CONCLUSÃO ..................................................................................................... 37

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 38

ANEXOS ................................................................................................................... 40

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Constelação de Satélites .......................................................................... 10

Figura 2 - Principais sistemas do GNSS ................................................................... 13

Figura 3 - Segmentos Principais do GPS .................................................................. 15

Figura 4 - Posicionamento Por Ponto ........................................................................ 16

Figura 5 - Posicionamento Relativo ........................................................................... 18

Figura 6 - Multicaminhamento ................................................................................... 21

Figura 7 - Entrada Principal da Urca ......................................................................... 24

Figura 8 - GPS geodésico Hi-target V30 RTK ........................................................... 25

Figura 9 - Tela principal do serviço IBGE-PPP.......................................................... 26

Figura 10 - Arquivos disponibilizado pelo IBGE ........................................................ 26

Figura 11 - Base de 1 hora ........................................................................................ 28

Figura 12 - Nivelamento da Base .............................................................................. 28

Figura 13 - Estaca de Concreto ................................................................................. 29

Figura 14 - Base de 2 horas ...................................................................................... 30

Figura 15 - Interferências no Local da Base .............................................................. 31

Figura 16 - Relatório do Primeiro Rastreio ................................................................ 32

Figura 17 - Relatório do Segundo Rastreio ............................................................... 32

Figura 18 - Precisão Esperada para um Levantamento Estático. ............................. 35

9

1 INTRODUÇÃO

A comunidade técnica que opera atividades na área da Topografia tem como

premissa conhecer e posicionar pontos no globo terrestre, normalmente os

materializando em terrenos. Esse contexto é baseado na afirmação de Monico

(2008) onde o mesmo retrata que:

Posicionar um objeto nada mais é do que lhe atribuir coordenadas. Embora atualmente esta seja uma tarefa que pode ser realizada com relativa simplicidade, utilizando-se, por exemplo, satélites artificiais apropriados para esse fim, determinar a posição foi um dos primeiros problemas científicos que o ser humano procurou solucionar. O homem sempre esteve interessado em saber onde ele estava; de início restrito à vizinhança imediata de seu lar, mais tarde o interesse se ampliou para os locais de comércio e, finalmente, com o desenvolvimento da navegação marítima praticamente para o mundo todo. (p. 29)

Conforme Monico (2008), com o desenvolvimento eletrônico e a necessidade

de localização foram desenvolvidos os sistemas “[...] Loran (Long-Range Navigation

System), o Decca (Low frequency continous wave phase comparison navigation) e o

Omega (Global low frequency navigation system) ” mas esses sempre apresentavam

problemas e com isso foi desenvolvido o NAVSTAR-GPS (Global Positioning

System). De acordo com Monico (2008), esse sistema foi o “[...] sistema que

revolucionou praticamente todas as atividades que dependiam da determinação de

posições”. (p. 30).

Conforme Figueirêdo (2005), o Departamento de Defesa dos Estados Unidos

(DoD - Department of Defence) foi o responsável pela criação e lançamento do

primeiro sistema de posicionamento por satélite mais conhecido atualmente como

GPS, e esse projeto formou a constelação de satélites (Figura 1).

Esse é um sistema de posicionamento por satélites artificiais que proporciona

informações de tempo e posição tridimensional em qualquer instante e lugar do

planeta (FIGUEIRÊDO, 2005).

10

Figura 1 – Constelação de Satélites

Fonte: Google Imagens. Disponível em: https://goo.gl/6zzTXP. Acesso: 13 de Nov de 2017

Embora o sistema já estivesse sendo desenvolvido desde meados do fim dos

anos 70, só foi considerado totalmente operacional à partir de 1995. O seu

desenvolvimento custou aos cofres americanos uma quantia estimada na casa dos

10 bilhões de dólares e, embora este sistema tenha sido desenvolvido para o uso

exclusivo dos militares americanos, atualmente o mesmo é aberto para o uso civil,

sem nenhuma taxa adicional, mesmo que para uso extramilitar ou por qualquer país

(SANTOS, 2009).

A empresa Rockwell foi a responsável pela fabricação dos 28 satélites que

constituem o sistema. Cada satélite chega a atingir uma velocidade de 11265

quilômetros por hora (7000 milhas por hora), com essa velocidade completa duas

voltas por dia na órbita terrestre, e se localizam a uma altura de cerca de 20200

quilômetros (12600 milhas) e transmite sinais para os receptores que, por sua vez,

captam os sinais de no mínimo quatro satélites, os decodificam e informam as

respectivas posições (SANTOS, 2009).

A partir da criação do projeto NAVSTAR-GPS pelo Departamento de Defesa

dos Estados Unidos foram desenvolvidos outros sistemas por outras federações nos

quais podem ser citados GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System)

desenvolvido pela antiga União Soviética, o Galileo pela União Europeia e o Beidou

11

também conhecido por Compass pela China. Desde então todos estes sistemas

veem sendo aperfeiçoados originando o GNSS (Global Navigation Satellite System).

O princípio do posicionamento utilizando o GNSS resume-se basicamente no

simples fato de medir a distância entre o receptor e os satélites, considerando que

para medir a distância o receptor posicionado em qualquer canto no globo terrestre

deve está captando sinal no mínimo de quatro satélites em orbita, essa distância

medida é obtida através do lançamento de ondas eletromagnéticas enviadas pelos

satélites (FIGUEIRÊDO, 2005).

Diante do avanço da tecnologia existem vários tipos GNSS, assim como

diversos método de posicionamentos e entre esses estão o posicionamento por

ponto, por ponto preciso e o relativo. Nesse trabalho será abordado o

posicionamento por ponto preciso (PPP).

Diante do que foi apresentado, tem-se como objetivo nesse trabalho observar

os sigmas das coordenas obtidos a partir de dois diferentes tempos de rastreio

utilizando a solução PPP on-line.

1.1 Justificativa

Cada vez mais tem se falado em inovações tecnológicas, que possibilitem

economia de tempo e dinheiro aliados à preocupação com resultados precisos.

Com a rápida e constante evolução das tecnologias, os GNSS têm sido cada

vez mais aplicados na Topografia. Infelizmente, em alguns casos, o entusiasmo pela

sua utilização, tem proporcionado trabalhos efetuados sem os cuidados requeridos,

precauções essas que podem afetar a acurácia e a precisão das coordenadas.

Essa situação deve ser modificada em função da conscientização dos

usuários, para a questão do tempo de aquisição dos pontos em campo, permitindo

assim aprimorar o produto final.

Para a Topografia, é de fundamental importância que os pontos levantados

em campo sejam de qualidade, uma vez que tais pontos serão utilizados como

referência para a execução de outros levantamentos e locações.

12

1.2 Objetivos

Este trabalho visa observa o sigma das coordenadas obtidas através de dois

tempos de rastreio (1h e 2h), para detectar se há diferença entre essas coordenadas

são extremamente grandes ao ponto comprometer a qualidade dos projetos na qual

as mesmas poderão ser aplicadas após a coleta.

1.2.1 Geral

Verificar o sigma de uma coordenada através do rastreio por aparelhos

GNSS, utilizando a solução “PPP on-line IBGE”.

1.2.2 Específicos

Realizar o rastreio da coordenada através do modo estático

Realizar o pós-processamento dos dados GNSS através do IBGE-PPP

Analisar os resultados do pós-processamento.

Constatar entre as observações qual rastreio disponibiliza a melhor qualidade.

1.3 Hipóteses

Diante do apresentado, a problemática desta pesquisa está focada na

seguinte questão, quais são os resultados e variações do sigma de uma coordenada

de um ponto processada através do IBGE-PPP.

13

2 CONSIDERAÇÕES GERAIS E REVISÃO TEÓRICA

Nesta fase, será apresentada uma revisão teórica abordando o sistema de

posicionamento, métodos de processamento de GNSS onde o Posicionamento por

Ponto Preciso é o foco, e também serão apresentados os aspectos relacionados

com o processamento dos dados.

2.1 O GNSS

Segundo Azambuja (2015) o GNSS foi criado em 1991 e atualmente refere-se

aos sistemas de posicionamento globais por satélites, tendo como principais

sistemas (Figura 2): o GPS (Global Positioning System), o GLONASS (GLObal’naya

NAvigatsionnaya Sputnikkovaya Sistema), o COMPASS/BeiDou (CNSS - Compass

Navigation Satelllite System) e o Galileo.

Figura 2 - Principais sistemas do GNSS

Fonte: Site TAB-TV. Disponível em: http://pt.tab-tv.com/?p=12962. Acesso: 13 de Nov de 2017

Enquanto o GPS é de responsabilidade do Departamento de Defesa dos

EUA, a Federação da Rússia é responsável pelo GLONASS, a União Europeia pelo

Galileo e a China é responsável pelo COMPASS/ BeiDou.

14

Em razão da alta acurácia proporcionada e do alto nível tecnológico, embutido

nos aparelhos receptores GPS, uma grande comunidade de usuários do sistema,

surgiu dos mais variados segmentos do meio civil, (navegação, posicionamento

geodésico, agricultura, meio ambiente, controle de frotas, etc.) (FIGUEIRÊDO,

2005).

Conforme Figueirêdo (2005), o princípio básico de navegação pelo GPS é

relativamente simples, consiste na medida das distâncias entre o receptor e o

satélite, que é calculada pelo tempo que a programação (sinal GPS), gerada no

satélite, leva para chegar até a antena receptora. Como o sinal viaja através da

atmosfera com a velocidade da luz, a distância é obtida pela multiplicação desta pelo

tempo que o sinal levou para chegar ao receptor.

2.2 Segmentos principais do GPS

Segundo Rocha (2003), o funcionamento do GPS é suportado por três

segmentos principais (Figura 3): o Segmento Espacial também designado segmento

aéreo ou subsistema de satélites, é constituído pela constelação dos 28 satélites

operacionais e toda a tecnologia de comunicação de dados a partir dos mesmos,

esses satélites obtêm energia a partir de painéis solares que são orientados

conforme o Sol. Com essas energias os mesmos são capazes de transmitir e captar

ondas eletromagnéticas que atravessam a atmosfera terrestre, fornecendo dados

referentes à posição e ao tempo; o Segmento de Controle, formado por um conjunto

de estações terrestres onde funciona toda a inteligência e controle do Sistema,

essas são responsáveis por enviar informações aos satélites para controlarem a sua

posição e velocidade, e são responsáveis por acertarem os seus relógios de forma

que o tempo marcado em ambos seja igual; e o Segmento de Usuários, constituído

pelos receptores GPS e todas as técnicas e processos, empregados pelos usuários

em suas aplicações.

15

Figura 3 - Segmentos Principais do GPS

Fonte: Adaptado site SlideShare. Disponível em: https://goo.gl/Q6RVF3. Acesso: 13 de Nov de 2017

2.3 Método de posicionamento

De acordo com o IBGE (2008) existem diferentes técnicas de posicionamento

nas quais resultam em diferentes precisões. Geralmente, o posicionamento é

efetuado a partir da onda portadora e/ou da pseudodistância. O IBGE (2008)

ressalta que:

Devido à precisão da medida da fase da onda portadora ser da ordem de milímetros, ela é a observável indispensável na obtenção de posicionamentos que requeiram melhor precisão. A pseudodistância é mais utilizada em posicionamentos com precisão de ordem métrica. (p. 6)

As técnicas de posicionamento existentes são: Posicionamento por Ponto

Simples, Por Ponto Preciso, Relativo, Relativo Estático, Relativo Estático-rápido,

Relativo Semi Cinemático e Relativo Cinemático.

2.3.1 Posicionamento por ponto simples ou posicionamento absoluto

Segundo Azambuja (2015) no início da utilização do sistema GPS, para se

obter o posicionamento de um ponto a forma mais comum era através da coleta da

16

pseudodistância, com isso cada observação coletada gerava uma equação que

quando eram devidamente ajustadas, forneciam as coordenadas da estação.

Para a realização desse método é necessário apenas um receptor e de no

mínimo quatro satélites visíveis simultaneamente conforme a (Figura 4), isto é

necessário tendo em vista que, há quatro parâmetros a serem determinados no

posicionamento, sendo três relacionados às coordenadas da estação (X, Y, Z) e um

relativo ao erro do relógio do receptor, mas para realização do ajuste, seriam

necessários cinco satélites visíveis simultaneamente no mínimo (Azambuja, 2015).

Figura 4 - Posicionamento Por Ponto

Fonte: Autoral (2017)

2.3.2 Posicionamento por ponto preciso

Hoje se utiliza bastante esse processo, pois é o método de posicionamento

GNSS em que se obtêm as coordenadas de um ponto utilizando apenas um receptor

e utiliza no pós-processamento efemérides precisas e correções dos relógios dos

satélites, possibilitando que a acurácia no posicionamento absoluto passe de metros

ao nível de poucos centímetros.

Conforme Azambuja (2015) o PPP é considerado como uma evolução do

processamento por ponto simples, e baseia-se em observações não diferenciadas,

utilizando as efemérides precisas das órbitas dos satélites.

17

Com a facilidade que a internet oferece, o serviço de PPP na forma on-line

passou a ser disponibilizado, aumentando assim o número de usuários desse

método. O serviço oferece ao usuário as estimativas de posições, no modo pós-

processamento das observações GNSS, utilizando o PPP, através da internet.

Conforme o Manual do Posicionamento por Ponto Preciso, publicado pelo

IBGE em abril de 2017 para isso ocorrer é necessário que as efemérides tenham

sido disponibilizadas na Internet pelo IGS (International GNSS Survey) / NRCAN

(Natural Resources of Canada), e essas correções recebem as seguintes

denominações: FINAL, RÁPIDA e ULTRARRÁPIDA.

No processamento dos dados, serão utilizados os produtos IGS quando os

dados coletados forem fora do território brasileiro, e usado às correções da NRCAN

quando os dados forem coletados no território brasileiro. Essas correções serão as

mais precisas disponíveis no momento que os dados forem submetidos ao PPP.

Mesmo esse procedimento sendo gratuito, ele é realizado com os mesmos

softwares computacionais empregados pela CSRS - Sistema de referência espacial

canadense, graças a uma parceria do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

(IBGE) e o CSRS-PPP. O serviço PPP é disponibilizado no site do IBGE na

plataforma da geodesia.

Segundo as versões de Abril de 2017 do manual do usuário IBGE, não existe

tempo mínimo para se obter pontos com um GPS, no entanto quanto menor for o

tempo de rastreio, menor será a precisão determinada pelo processamento PPP. O

manual também afirma que a precisão do ponto está diretamente relacionada com o

tempo de rastreio, qualidade do rastreio, tipo de equipamento, entre outras. Quando

se processa pequenas observações de GPS, as coordenadas serão calculadas

usando somente as observações da pseudodistância (precisão métrica), onde a

mesma corresponde à diferença entre o tempo registrado no receptor no instante da

recepção do sinal, e o tempo registrado no satélite, no instante de transmissão do

sinal multiplicada pela velocidade da luz no vácuo, mas quando se processa

arquivos de rastreio com períodos de observações maiores, é possível resolver os

erros obtidos naquele rastreio usando-se as observações da fase da portadora,

tornando o posicionamento mais preciso (precisão centimétrica).

Limitante para o processamento utilizando o IBGE-PPP, não é o tempo de

rastreio do GNSS, mas sim o tamanho do arquivo obtido na observação. Para

18

processar um arquivo ou conjunto de arquivos o mesmo deve ter no máximo 20 Mb,

pois se for enviado um arquivo maior acarretara em um processamento mal

sucedido.

2.3.3 Posicionamento relativo

Conforme Monico (2007) e Pinto (2000), no posicionamento relativo, o usuário

deve dispor de no mínimo dois receptores rastreando simultaneamente os mesmos

satélites conforme a (Figura 5) e que para determinar as coordenadas

tridimensionais de um ponto sobre a superfície terrestre o usuário deve dispor de

uma coordenada conhecida, e essa é denominada de estações de referências.

Figura 5 - Posicionamento Relativo

Fonte: Autoral (2017)

Conforme Polezel, De Souza e Monico (2008) como estações de referências

o usuário pode utilizar os dados da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento

Contínuo).

Segundo Pinto (2000), o vértice conhecido deve estar referenciado ao WGS

84, ou em um sistema compatível e esse método é passível de ser realizado usando

a pseudodistância, fase da onda da portadora ou a fase da onda portadora e

pseudodistância.

19

2.3.3.1 Posicionamento relativo estático

Segundo o IBGE (2008), nesse posicionamento, os dois ou mais receptores

devem estar visualizando os mesmos satélites por um determinado tempo, que pode

variar de alguns minutos até algumas horas. Nesse período de coleta tanto o

receptor de referência, quanto o do vértice de interesse, permanecem estacionados

durante todo o levantamento. Em bases longas, é indispensável o uso de receptores

de dupla frequência quando se deseja alcançar uma boa acurácia (PINTO, 2000).

2.3.3.2 Posicionamento relativo estático rápido

Conforme o IBGE (2008) esse posicionamento também é conhecido como

pseudocinemático e esse método segue os mesmos fundamentos do

posicionamento estático. A diferença entre os dois é o tempo de ocupação da

estação, que nesse caso passa a ser inferior a 20 minutos e podem ser utilizar

receptores de simples ou dupla frequência.

Conforme Pinto (2000) durante a coleta dos dados a estação de referência

permanece fixa, enquanto outro GNSS percorre os pontos de interesse e nesse

deslocamento entre os pontos de interesse o receptor é desligado.

2.3.3.3 Posicionamento relativo semi cinemático

Conforme o IBGE (2008) esse posicionamento é também conhecido como

pseudoestático. E conforme essa nomenclatura, essa técnica pode ser entendida

como um estágio de passagem entre o estático-rápido e o cinemático.

Nesse método o receptor que ocupa o vértice de interesse permanece

estático, porém num tempo de ocupação bastante curto, necessitando coletar dados

no deslocamento entre um vértice de interesse e outro (IBGE 2008).

Segundo Pinto (2000) para obter melhor precisão não pode haver perda de

ciclo no período da coleta e se houver essa perda, o levantamento deve ser

reinicializado.

20

2.3.3.4 Posicionamento relativo cinemático

Conforme o IBGE (2008) nesse tipo de posicionamento a precisão dos dados

está na ordem de 1 a 10 ppm. Enquanto o receptor de referência fica estacionado no

vértice conhecido, o GNSS que está coletando os dados fica em movimento e a

cada instante grava uma observação.

2.4 Interferência de Sinal no GPS

Existe uma grande discussão em todo mundo referente às interferências que

afetam as observações do GPS, com isso os estudiosos João Francisco Galera

Monico e Carlos Renato Macedo De Sousa vem estudando sobre o caso.

Conforme o Monico (2008) as observações de GNSS estão sujeitas a erros

grosseiros, aleatórios e sistêmicos. Para ele durante o percurso da onda

eletromagnética entre o satélite e o receptor podem ocorrer interferências no sinal

ocasionando consequentemente erros de posicionamento.

Para Sousa (2005) a qualidade do sinal pode ser avaliada através da

chamada relação sinal-ruído (S/N), que pode ser definida como sendo a relação

entre a potência do sinal recebido do satélite e a potência de ruído que acompanha

o sinal. Onde o ruído nesse caso poderia ser provocado pelo receptor, em

decorrência do movimento de elétrons no circuito (ruído térmico), provocados por

fenômenos naturais ou por transmissores de sinais externos. Ressalta também que

as interferências podem ser divididas em dois blocos, as interferências intencionais e

as não intencionais.

As interferências intencionais são aquelas que mais preocupam, pois são

provenientes de transmissores de diversos tipos, projetados exclusivamente com o

propósito de causar danos ao sistema ou provocar alteração dos dados com o

objetivo de afetar a precisão do posicionamento. Já as interferências não

intencionais são relacionadas às fontes de erros sistêmicos e aos problemas

causados pelas transmissões de outros serviços, tais como TV via satélite, estações

de rádio FM, radioamadores, entre outros (SOUSA, 2005).

Sousa (2005) completa seu raciocínio indagando que no instante da

transmissão e recepção dos sinais dos satélites podem ocorrer interferências não

21

intencionais no percurso e que vem gerar erros sistemáticos. Erros esses que são

bastante preocupantes quando a observação requer uma maior precisão.

Dentro desses esclarecimentos sobre interferências pode-se citar um erro

bem comum em uma observação com GNSS, que é o multicaminhamento (Figura

6).

Figura 6 - Multicaminhamento

Fonte: Adaptado da Internet. Disponível em: https://goo.gl/wsZSLr. Acesso: 13 de Nov de 2017

O multicaminhamento é a reflexão dos sinais em uma ou mais superfícies

antes de atingir a antena do recepto. A refração de sinal pode ocorrer nos casos

aonde a onda eletromagnética venha a tocar em chapas metálicas, espelhos d’água,

veículos, entre outras fontes. Essa interferência está presente na maioria das coletas

de dados, com isso deve-se tomar o maior cuidado para evitar ao máximo essa

interferência (SOUSA, 2005).

2.5 Desvio Padrão (Sigma)

De acordo com o Manual do Usuário do Aplicativo Online IBGE-PPP Versão:

abril 2017 “Uma forma de avaliar a qualidade das coordenadas determinadas com o

IBGEPPP é verificar o sigma (ou desvio padrão) das coordenadas presentes [...] no

arquivo PDF” (p. 33).

22

O Manual do Usuário do Aplicativo Online IBGE-PPP Versão: abril 2017

afirma que o desvio padrão “[...] é usado para quantificar a dispersão em torno da

média das observações” (p. 33). Ele é a medida de precisão mais utilizada em

processamento de dados, e se torna um indicador muito otimista.

Conforme o Manual do Usuário do Aplicativo Online IBGE-PPP Versão: abril

2017.

O sigma é calculado considerando um intervalo de confiança de 95%, e representa a confiabilidade interna do processamento aqui chamado de precisão, para as componentes latitude, longitude e altitude. Uma outra forma para avaliar a qualidade das coordenadas é através das diferenças entre as coordenadas determinadas pelo IBGE-PPP com as coordenadas conhecidas do marco, permitindo assim uma análise da confiabilidade externa, denominada de acurácia. Em processos de medição, faz-se importante quantificar a sua qualidade. Por exemplo, se uma coordenada foi determinada através de levantamentos GNSS, torna-se necessário avaliar e determinar o seu grau de confiabilidade. Vários termos são usados para quantificar a qualidade das coordenadas, sendo os termos mais comuns a precisão e a acurácia. A acurácia se refere à proximidade de uma estimativa ou observação está do seu valor verdadeiro, mas desconhecido, estando vinculada aos erros aleatórios e sistemáticos. Já a precisão se refere à proximidade de uma estimativa ou observação está da sua média, estando vinculada apenas aos erros aleatórios. (2017, p. 33)

2.6 Sistema de Referência

De acordo com Pereira, Lobianco e Costa (2004) por conta dos atuais níveis

de precisão obtidos no posicionamento geodésico tornou-se obrigatório à adoção de

um sistema de referência que forneça uma referência em nível global e que

permitam a consideração da variação temporal das coordenadas de acordo com a

dinâmica terrestre.

Segundo Fortes (2000) com o objetivo de se compatibilizar os sistemas

geodésicos utilizados pelos países da América do Sul, foi criado na Conferência

Internacional, realizada em Assunção no Paraguai em 1993 o projeto SIRGAS

(Sistema de Referência Geocêntrico para as AméricaS) foi elaborado com vistas a

promover um referencial único compatível em termos de precisão com a tecnologia

atual (GPS) e em Setembro de 1997 os primeiros resultados do projeto foram

divulgados. Essa divulgação ocorreu na Assembleia Científica da Associação

Internacional de Geodésia - IAG, realizada no Rio de Janeiro.

23

Conforme Fortes (2000), na campanha SIRGAS2000 incluiu a ocupação das

estações maregráficas que definem o referencial altimétrico em cada país. Além

destas estações, foram observadas as estações altimétricas próximas às fronteiras

entre os países, bem como aquelas que participaram da campanha de 1995. O

período de observação foi de 10 a 19 de maio de 2000. Estima-se que foram

aproximadamente 170 estações ocupadas durante a campanha SIRGAS.

Hoje após a consolidação do SIGAS2000, o IBGE relata em pagina do seu

site (http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/pmrg/faq.shtm) a principal

importância de referência uma coordenada a uma época:

Com a grande evolução das técnicas de posicionamento geodésico observada nas últimas décadas, especialmente após o advento dos sistemas GNSS, pode-se dizer que a precisão de determinação de coordenadas melhorou em até três ordens de grandeza. Por exemplo, atualmente as coordenadas das estações da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS (RBMC) são determinadas com precisão milimétrica. Com este nível de precisão, diversos fenômenos associados a movimentos da crosta terrestre, antes imperceptíveis, passam a ser claramente detectáveis. No caso do Brasil, o fenômeno que mais contribui para a alteração das coordenadas planimétricas (latitude e longitude) é o movimento da placa tectônica da América do Sul, responsável por um deslocamento de todo o território para noroeste em um pouco mais de 1 cm por ano. Esta variação anual evidenciou a necessidade de se associar uma época de referência às coordenadas de estações geodésicas determinadas com precisão milimétrica (ou centimétrica). No caso do sistema geodésico oficial do país, SIRGAS2000, escolheu-se 2000,4 para a época de referência, uma vez corresponder ao período da campanha SIRGAS realizada em 2000.

24

3 METODOLOGIA

O trabalho foi realizado baseado em pesquisas via internet, literaturas

especializadas, como artigos publicados em livros, teses, cartilhas, anais de

congresso, circulares e boletins técnicos, cadernos didáticos e coletas de dados em

campo.

Os pontos serão coletados no gramado da entrada principal do Campus

CRAJUBAR, Av Leão Sampaio (CE 835), número 107 – Lagoa Seca, Juazeiro do

Norte Ceará (Figura 7), com um GPS geodésico Hi-target V30 RTK (Figura 8), onde

o mesmo possui uma placa Trimble de 220 canais capaz de rastrear os sistemas:

GPS, Glonass, Galileo e Beidou.

Esse equipamento recebe as seguintes frequências GPS L1/Ca, L2E, L2C +

L5 / Glonass L1/Ca, L1P, L2C/A (Glonass M), L2P / SBAS L1/Ca e L5 / GioveA L1

BOC, E5A, E5B, E5AltBOC1/ GioveB L1 CBOC, E5A, E5B, E5AltBOC1

Comunicação RTK via Rádios UHF de última geração nos 2 receptores e GPRS

(chip de celular) para trabalhar em rede

Figura 7 - Entrada Principal da Urca

Fonte: Autoral (2017)

25

Figura 8 - GPS geodésico Hi-target V30 RTK

Fonte: Autoral

Após coletar os pontos em campo com o GNSS será gerado o arquivo RINEX

(extensão universal dos dados obtidos pelo GNSS), arquivo esse que pode ser

aberto em programas de processamento, com observações referentes a cada de

tempo de rastreio.

Com os dados RINEX em mão será utilizado, separadamente, o serviço

disponível pelo IBGE no seguinte link: http://www.ppp.ibge.gov.br/ppp.htm para o

processamento do arquivo. Estando na página do IBGE será fornecido o arquivo de

rastreio no formato RINEX, o valor da altura da antena, selecionar o modo do

levantamento (estático ou cinemático) e o modelo da antena e inserir o e-mail,

conforme apresentado na figura 9.

Após processado os dados do arquivo RINEX o IBGE-PPP disponibiliza os

resultados através de um link apresentado na tela de resposta do processamento.

Neste endereço encontra-se um arquivo compactado no formato ZIP. Neste diretório

são encontrados cinco arquivos (Figura 10), os quais possuem as seguintes

informações:

26

Figura 9 - Tela principal do serviço IBGE-PPP

Fonte IBGE. Disponível: http://www.ppp.ibge.gov.br/ppp.htm. Acesso 13 de Nov de 2017

Figura 10 - Arquivos disponibilizado pelo IBGE

Fonte: Autoral (2017)

1 - Arquivo KML para ser visualizado no Google Earth. Porém a posição do ponto

apresentado na imagem do Google Earth, pode não coincidir com a sua verdadeira

posição do ponto.

27

2 - Arquivo PDF é um relatório resumido dos resultados do processamento estático,

onde as principais informações são as coordenadas do processamento na época do

levantamento e as reduzidas à época 2000.4, os desvios padrão das coordenadas

(sigma) e a ondulação geoidal. Esse relatório só é gerado para processamento no

modo estático.

3 - O arquivo de extensão POS possui a estimativa das coordenadas época a época,

ao longo do tempo de rastreio. Esse arquivo é o mais importante para um

processamento no modo cinemático.

4 - O arquivo de extensão SUM possui informações detalhadas do resultado do

processamento. As informações contidas nessa saída são as informações utilizadas

no processamento dos dados.

5 - Arquivo Leiame.txt informa o conteúdo de cada arquivo de saída do

processamento.

As coordenadas disponibilizadas no cálculo do PPP estão nos sistemas de

referência, ITRF (International Terrestrial Reference Frame) e SIRGAS2000

(Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas).

3.1 Coleta dos Dados

Para realizar a coleta dos dados do GNSS geodésico Hi-target V30 RTK foi

instalado conforme a norma de execução de levantamento topográfico – NBR13133,

assim tomando todos cuidados preventivos.

A primeira coleta de dados foi realizada na noite do dia 09 de Agosto de 2017,

onde foi instalado a 1ª base no campos da URCA (figura 11), exatamente às 21

horas e 10 minutos. Disponibilizando assim o arquivo de dados chamado RINEX

para o primeiro processamento utilizando IBGE-PPP.

28

Figura 11 - Base de 1 hora

Fonte: Autoral (2017)

A base foi nivelada (Figura 12) no centro de uma estaca de concreto (Figura

13) que já se encontrava fixada no gramado da entrada principal. O GPS ficou a

exatos 1,57m de altura em relação ao centro da estaca.

Figura 12 - Nivelamento da Base

Fonte: Autoral (2017)

29

Figura 13 - Estaca de Concreto

Fonte: Autoral (2017)

O GPS foi programado com uma máscara de elevação de 10 graus, isso

significa que qualquer satélite que estiver ao horizonte a partir do ponto de vista do

GPS não será visualizado, evitando assim alguns possíveis erros nos cálculos da

latitude, longitude e altitude.

O GPS também foi programado para coletar a cada 1 segundo um sinal

emitido pelos satélites, com isso a média que é feita pelo GPS para calcular o ponto

é mais próxima da verdadeira.

Alguns dias depois foi realizada a coleta da segunda base (Figura 14). O

procedimento foi realizado exatamente no dia 23 de Agosto de 2017, às 18 horas e

50 minutos, no mesmo local da primeira, aonde veio a disponibilizar os dados RINEX

para o segundo processamento utilizando IBGE-PPP.

30

Figura 14 - Base de 2 horas

Fonte: Autoral (2017)

A segunda base foi nivelada novamente no centro da estaca de concreto, pois

o intuito desse trabalho é observar o sigma de duas coletas de dados no mesmo

ponto, mas com o tempo de rastreio diferente.

O equipamento ficou a exatos 1,75m de altura em relação ao centro da

estaca. O mesmo foi programado com uma máscara de elevação de 10 graus, e

com o intervalo de coletar a cada 1 segundo, repetindo assim o mesmo cenário

proporcionado para a primeira coleta.

Nas duas coletas foi possível verificar que o ponto onde foi escolhido para a

realização desse estudo não era um dos melhores locais para utilizar um GPS, pois

no local existiam objetos que podem vim a prejudicar a precisão e acurácia do ponto

coletado (figura 15), tais como arvores rede de transmissão elétrica e a própria

entidade (URCA), gerando assim o efeito do multicaminhamento, ou seja, a reflexão

dos sinais, este é um problema enfrentado frequentemente em coletas de dados

devido à proximidade de objetos e/ou estruturas, interferindo na qualidade do

levantamento. Conforme SOUSA (2005) tal cenário descrito acima, estaria engajado

como uma interferência não intencional, gerando assim erros sistêmicos.

31

Figura 15 - Interferências no Local da Base

Fonte: Autoral (2017)

3.2 Processamento dos Dados

De posse dos dois arquivos RINEX foi dado início então o processamento

desses dados utilizando o IBGE-PPP.

Os dois arquivos foram submetidos ao processamento no dia 02/11/017

gerando assim um relatório do primeiro rastreio (Figura 16) e outro do segundo

(Figura 17). Com isso o processamento PPP realizou as correções cabíveis nas

orbitas e relógios anatômicos dos satélites, proporcionando uma coordenada mais

precisa.

A plataforma de processamento do IBGE-PPP utilizou as correções da

NRCAN, pois como já foi mencionado para processamento de dados em território

brasileiro se utiliza os dados dessa agência.

Nos resultados as coordenadas foram dadas no sistema de referência atual

do nosso continente que é o SIRGAS2000.

32

Figura 16 - Relatório do Primeiro Rastreio

Fonte: Relatório do IBGE-PPP

Figura 17 - Relatório do Segundo Rastreio

Fonte: Relatório do IBGE-PPP

A partir desses relatórios foi realizado as observações dos sigmas das

coletas.

33

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Com os relatórios do processamento foi possível gerar a tabela 1 onde na

mesma consta as coordenadas Elipsoidal e UTM para latitude, longitude e altura

geoidal e seus respectivos sigmas.

Tabela 1 - Coordenadas e sigmas do processamento.

Tempo de Observação Coordenadas Elipsoidais Coordenadas UTM Sigma

1 Hora

Latitude = -7° 13´ 39,9611'' N = 9201059.332 0,003

Longitude = -39° 19´ 31,2710'' E = 464081.939 0,01

Alt. Geo = 421,73 MC = -39 0,012

2 Horas

Latitude = -7° 13´ 39,9606'' N = 9201059.347 0,001

Longitude = -39° 19´ 31,2694'' E = 464081.988 0,007

Alt. Geo = 421,63 MC = -39 0,005

Fonte: Autoral (2017)

Observando a tabela 1 nota-se que a diferença nas coordenadas entre os

dois tempos de rastreio é mínima. Mas em contrapartida percebe-se que a precisão

melhora com o tempo, ou seja, quanto maior o tempo, menor o sigma, confirmando

assim o que relata o manual do usuário IBGE, que a precisão está diretamente

relacionada com o tempo de rastreio.

O sigma é calculado considerando um intervalo de confiança de 95%, e

representa a confiabilidade interna do processamento dos componentes de latitude,

longitude e altitude na qual essa credibilidade é chamada de precisão.

No entanto analisando os resultados em cima das bases de tempos utilizados

nas coletas e também considerando as interferências mencionadas no corpo do

trabalho e classificadas segundo Sousa (2005) como uma interferência não

intencional, gerando assim possíveis erros sistêmicos, essas diferenças nos sigmas

são bastante pequenas, se tornado quase irrelevante na qualidade do produto final.

No gráfico 1 abaixo é possível constatar claramente que a diferença dos

sigmas não passou da casa de centímetros.

34

Gráfico 1 - Diferença dos Sigmas

Fonte: Autoral (2017)

Verificando o gráfico nota-se que a redução na latitude e longitude foi de

0,002m e 0,003m respectivamente, e isso é equivalente a 0,2cm e 0,3cm já a altura

geoidal teve uma variação um pouco maior, o sigma da mesma apresentou uma

diminuição de 0,007m, o equivalente a 0,7cm.

Com base nos dados do gráfico 1, foi gerado o gráfico 2 onde o mesmo

contempla o percentual da redução dos três sigmas. Nesse gráfico é possível

constatar que as maiores diferenças se deram nos sigmas da Latitude e Altura

Geoidal.

Gráfico 2 - Porcentagem de Redução dos Sigmas

Fonte: Autoral (2017)

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

Latitude Longitude Alt. Geo

0,003

0,010

0,012

0,001

0,007

0,005

0,0020,003

0,007

Metr

os

Sigma em 1 Hora Sigma em 2 Horas Redução do Sigma

-

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

Latitude Longitude Alt. Geo

66,67 %

30%

58,33%

35

Conforme o gráfico acima está evidente que houve uma variação nos sigmas

obtidos nas duas coletas e essa alteração foi bem considerável, pois a diferença

obtida nos dois intervalos de tempo para a Latitude e Altura Geoidal foi mais da

metade em relação ao rastreio de 1 hora.

O IBGE-PPP traz em seus relatórios conforme a figura 18 uma indicação de

precisão esperada para dois tipos de equipamentos e alguns tempos de coletas para

o levantamento estático que foi o caso desse trabalho.

Figura 18 - Precisão Esperada para um Levantamento Estático.

Fonte: Relatório do IBGE-PPP

Observando o esperado pelo IBGE-PPP e verificando os gráficos 3 e 4 é

possível constatar que a variação nos sigmas está dentro do aceitável para a

questão de qualidade dos pontos, pois para realizar a coleta foi utilizado um GNSS

de duas frequências e esse equipamento é um dos tipos de receptores mencionados

e similarmente foi utilizado dois dos tempos estipulados no relatório.

Gráfico 3 - Sigma em 1 Hora x Esperado Pelo IBGE-PPP

Fonte: Autoral (2017)

0,003

0,010 0,012

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0,04

0,045

Latitude Longitude Alt. Geo

Metr

os

Sigma em 1 Hora Esperado pelo IBGE

36

Gráfico 4 - Sigma em 2 Horas x Esperado Pelo IBGE-PPP

Fonte: Autoral (2017)

Vale ressaltar que a precisão obtida pelo PPP-IBGE não está relacionada

somente com tempo, mas também com o modo de processamento (estático ou

cinemático) e com o tipo de receptor (L1 ou L1/L2).

Entre os dois tempos utilizados notou-se que a coleta realizada com 2 horas

teve um melhor resultado na questão de qualidade, mas isso não implica informa

que a coleta de 1 horas seja insatisfatória, pois como foi visto anteriormente a

mesma está dentro do aceitável para o IBGE.

Procurou-se com esse trabalho observa o sigma das coordenadas obtidas

através dos dois rastreios realizados no campos da URCA, utilizando a solução PPP

online para processamento dos dados do GNSS. Embora o PPP tenha acesso

apenas ao que já foi executado, esse procedimento vem se popularizando cada vez

mais, e desponta como uma grande ferramenta para aplicações topográficas.

No processamento dos dados utilizando o serviço PPP on-line, os resultados

se mostraram de um modo geral nos relatórios bastante satisfatórios para os

intervalos de tempo utilizados.

0,001

0,0070,005

0,017 0,017 0,018

0

0,003

0,006

0,009

0,012

0,015

0,018

0,021

Latitude Longitude Alt. Geo

Metr

os

Sigma em 2 Horas Esperado pelo IBGE

37

5 CONCLUSÃO

A coleta de dados foi realizada através do modo estático. Foi utilizado o

IBGE-PPP para realizar o pós-processamento das coordenadas do receptor GNSS,

e resultou em dados corrigidos e ajustados. Diante deste processo prático e dos

resultados alcançados constatou-se através dos relatórios que houve uma variação

que, entre os dois tempos de coleta, comportou-se da forma que foi relatado no

corpo do trabalho: que o desvio padrão está relacionado com o tempo de

observação.

Conforme a constatação feita foi possível observar que, à medida que

aumenta o tempo de coleta dos dados, o sigma diminui e com isso fica evidente que

para os dois tempos utilizados o que disponibilizou melhor qualidade foi a de 2

horas.

Concluiu-se também que os intervalos de tempo utilizados e as possíveis

interferências contidas no local não tiveram influências significativas no resultado da

qualidade dos pontos obtidos já que os dois desvios padrões ficaram dentro do

esperado pelo IBGE.

De acordo com os objetivos que foram determinados obteve-se êxito!

Conseguiu-se com a etapa prática contemplar tudo que foi almejado, pois a partir

dela foi possível coletar os dados necessários para realizar o pós-processamento

utilizando a plataforma do IBGE-PPP e em seguida realizou-se a análise dos

resultados obtidos, finalizando todo o processo de verificação da variação no sigma

das coordenadas.

Recomenda-se para trabalhos futuros, a comparação do desvio padrão entre

os modos de rastreio (estático e cinemático), identificando assim se a diferença do

modo de coleta pode ter uma influência considerável na qualidade dos resultados,

quando se utiliza a solução PPP on-line.

38

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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39

PINTO, J. R. M. Potencialidade do uso do GPS em obras de Engenharia. 2000. Tese de Doutorado. Dissertação (mestrado). UNESP, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Presidente Prudente, 2000. Disponível em: http://www2.fct.unesp.br/pos/cartografia/docs/teses/d_pinto_jrm.pdf. Acesso: 12 de Dezembro de 2017. POLEZEL, W. G. C; DE SOUZA, E. M; MONICO, J. F. G. Método de posicionamento relativo por satélite GPS com correção do efeito do multicaminho em estações de referência: formulação matemática, resultados e análises. Tendências em Matemática Aplicada e Computacional, v. 9, n. 1, p. 133-142, 2008. ROCHA, J.A.M.R. GPS: Uma Abordagem Prática; 4.ed. Recife: Bagaço, 2003. 232p. SANTOS, K.E. Lógica Matemática Aplicada À Definição De Rotas Usando Dispositivos GPS. 2009. Disponível em: http://repositorio.pgsskroton.com.br/bitstream/123456789/1114/1/artigo%2030.pdf. Acesso: 25 de Agosto de 2017. SOUSA, C. R. M. Interferidores de GPS: Análise do sistema e de potenciais fontes de interferência. 2005. Tese de Doutorado. Instituto Militar de Engenharia.

40

ANEXOS

Anexo A - Relatório do rastreio de 1 hora

Fonte: Relatório do IBGE-PPP

41

Anexo B - Relatório do rastreio de 2 horas

Fonte: Relatório do IBGE-PPP