O alcance do RTK

O emprego de estações virtuais deve possibilitar o aumento do alcance preservando a precisão

Real Time Kinematic) trouxe a eficiência necessária para o emprego do GPS em levantamentos topográficos e levantamentos hidrográficos. Os princípios que norteiam o RTK se parecem bastante com aqueles do DGPS (Differential GPS), no sentido em que as duas técnicas requerem uma estação de referência que transmite, geralmente via rádio, informação a ser empregada pelo receptor itinerante para o refinamento da sua solução autônoma. Outro princípio comum diz respeito à decorrelação espacial (que trataremos mais tarde). A principal diferença do RTK com respeito ao DGPS advém do fato do RTK usar observações de fase da portadora, ao invés de observações de pseudo-distância como o DGPS. Esse fato faz com que a solução final de posicionamento do receptor itinerante seja da ordem de 1 a 2 centímetros, em tempo real. Ou seja, o operador do receptor itinerante sabe onde está, em tempo real, com este nível de precisão. A técnica RTK abriu uma nova perspectiva para o posicionamento com GPS. E isso já faz parte do dia-a-dia há 10 anos ou mais.

Duas dificuldades estão associadas ao emprego do RTK. A primeira diz respeito ao uso da fase da portadora como observação, o que requer a resolução da ambigüidade durante a operação de levantamento. Isso atualmente é possível através de algoritmos específicos. Apenas com a resolução da ambigüidade é possível se obter os 1 ou 2 cm de precisão referidos. A segunda dificuldade diz respeito à decorrelação espacial (citada acima). A decorrelação espacial está relacionada à suposição de que erros comuns entre a estação de referência e o receptor itinerante são comuns, e, portanto, cancelados. As principais fontes de erro são atrasos troposféricos e ionosféricos, erros orbitais, e erros provenientes do relógio dos satélites (que até bem pouco tempo incluíam efeitos da disponibilidade seletiva). Embora a suposição de que estes erros se cancelem seja admissível para várias aplicações, a decorrelação espacial (isto é, a alteração dos erros à medida que o receptor itinerante se afasta da estação de referência) dos erros resulta em uma maior contribuição destes erros na solução final do receptor itinerante. Devido a isso é comum se dizer que a aplicação do RTK (ao nível de precisão de 2 cm) se limita a um raio de 10 km em torno da estação de referência.

Nos últimos anos tem existido a busca de uma alternativa que permita aumentar o alcance do RTK preservando sua precisão. Uma proposta levou ao desenvolvimento do conceito de rede de estações de referência associado ao de estação de referência virtual. A Figura 1 busca mostrar tal conceito. Nela, dados das 4 estações de referência (A, B, C e D) são transmitidos para um centro computacional. Os dados da rede são usados para calcular modelos da ionosfera, troposfera e órbita. As ambigüidades da fase das portadoras são fixadas para as bases formadas pelas estações de referência. O Erro nas linhas de base devem ser da ordem de centímetros usando as ambigüidades resolvidas. Modelos de erro mais elaborados podem então ser usados para predição dos erros na região na qual o levantamento será feito. Uma estação de referência virtual é criada nesta região, bem como os dados virtuais desta estação. Os dados desta estação são então transmitidos para o usuário seguindo determinado padrão (por exemplo, RTCM). O usuário no campo, por sua vez, teria que informar a sua localização para o centro computacional, e receberia os dados relativos à estação de referência.

Existem referências na literatura indicando o emprego de rede RTK com até 40 km de distância para a região de interesse na qual o levantamento é realizado. Para ilustrar o tema deste artigo, eu fiz uma simulação testando o tempo que ambigüidades seriam resolvidas por um receptor itinerante que estivesse recebendo observações virtuais (de uma estação virtual a 10 km de distância) e recebendo observações reais (de uma estação afastada de 30 km). Para a estação virtual, percebe-se que em 50% das vezes as ambigüidades foram fixas em 75 segundos, e que em 90% das vezes em pouco menos de 200 segundos. Usando dados reais, levou-se 240 segundos para atingir 50% de sucesso para resolver as ambigüidades, e mais de 500 segundos para atingir 90%.

Pode-se concluir que o emprego de estações virtuais possibilita que o alcance do RTK seja estendido. Contudo, isso vem com a necessidade de instalação de uma rede de estações de referência, o que se constitui em um fator complicante. A relação custo-benefício deverá ser o fator predominante na decisão de se aplicar ou não este conceito. Atualmente, a aplicação deste conceito se dá ainda em caráter pioneiro em algumas partes do mundo. Porém, esta aplicação se amplia bastante.

Marcelo Carvalho dos Santos é Ph.D. em Geodésia e Engenharia Geomática pela Universidade de New Brunswick, Canadá, onde é professor adjunto e membro do Laboratório de Pesquisa Geodésica. Msantos@unb.ca