Por Igor de Oliveira Ribeiro e Marcelo Soares Zago
Introdução
As efemérides precisas, do Sistema GPS, sempre estiveram disponíveis para os usuários do sistema de posicionamento por satélite. No entanto, a sua aquisição era extremamente difícil, sendo mais fácil e rápido utilizar as efemérides transmitidas pelos satélites. Mesmo em trabalhos que exigiam maior precisão, era aumentado em algumas horas de rastreio, em substituição a utilização das efemérides precisas. Devido à dificuldade de obtê-las, seu uso era restrito às atividades acadêmicas ou estudo científico, atividades de geodinâmica ou redes de apoio de altíssima precisão, pois só alguns profissionais tinham acesso às efemérides precisas.
Com a popularização da internet, em meados da década de 1990, a aquisição de dados sobre as efemérides precisas se tornou mais fácil e acessível para os profissionais de engenharia, que resultou na possibilidade de efetuar trabalhos mais precisos. Atualmente utiliza-se as efemérides transmitidas para linhas de base curtas e para o transporte de coordenadas para apoio de levantamentos topográficos. Para redes de referência geodésica com Linhas de Base longas ( como as redes estaduais GPS por exemplo ), são utilizadas as efemérides precisas.
Como objetivo especifico pretende-se determinar as coordenadas UTM da estação MGBH integrante da RBMC, situada em Belo Horizonte. Mais adiante comparar como se comporta a precisão, tempo de rastreio com a inserção da nova variável , efeméride precisa e essas em substituição a efemérides transmitida, normalmente utilizada.
Problema de Pesquisa
Com informações sobre posicionamento dos satélites contidas nas efemérides transmitidas se obtêm bons resultados no transporte de coordenadas UTM .Esses bons resultados podem ser expressos com boa acurácia e precisão, agora quando se utiliza efemérides precisas no posicionamento relativo com GPS obtêm-se resultados melhores traduzidos em melhores acurácia e precisão. Pretende-se com essa pesquisa quantificar acurácia e precisão nos levantamentos geodésicos e estudar a possibilidade de redução no tempo de rastreio visando obter no mínimo acurácia e precisão iguais as encontradas no posicionamento relativo com efemérides transmitidas.É importante pesquisar a cerca desse tema pois pode-se obter precisão e acurácia com menos tempo de ocupação nos levantamentos com GPS. Portanto, surge o seguinte questionamento: será possível obter a mesma precisão e acurácia encontrada com as efemérides transmitidas , quando se utiliza efemérides precisas?
Objetivos
Objetivo geral
No que diz respeito à técnica de transporte de coordenadas por intermédio do GPS, essa pesquisa objetiva fornecer uma comparação entre duas formas de se obter coordenadas UTM atualmente. Pode-se utilizar nessa técnica as efemérides transmitidas ou efemérides precisas.
Objetivo específico
•Determinar as coordenadas UTM da estação MGBH integrante da RBMC, situada em Belo Horizonte, utilizando-se os dados disponibilizados no site do IBGE.
•Comparar como se comporta a precisão, tempo de rastreio com a inserção de uma nova variável , a efeméride precisa em substituição as efemérides transmitidas, normalmente utilizadas.
•Verificar a possibilidade de se transportar coordenadas UTM como menos tempo de rastreio .
•Verificar se é possivel obter precisão no mínimo igual a obtida com efemérides transmitidas.
Justificativas
Considerando a necessidade do aperfeiçoamento das técnicas , da qualidade e da precisão exigida pelos contratantes, este estudo tem relevância para a comunidade da engenharia . A medida em que apresenta resultados favoráveis relativo a precisão e redução de tempo de rastreio dos serviços de geoposicionamento.
Metodologia
Foi empregada a técnica do posicionamento relativo GPS , para se determinar as coordenadas UTM da estação MGBH , como já são conhecidas e homologadas as coordenadas da referida estação pode-se obter parâmetros de comparação. Abaixo na figura 01 segue mapa de situação das estações e na tabela 01 segue as coordenadas das estações que serviram de apoio para a execução do trabalho:
Figura 01 – -Mapa de situação dos marcos da RBMC
Fonte: Google Earth
Tabela 01-Estações integrantes da RMBC, coordenadas em SIRGAS2000
Fonte: os autores
A obtenção dos arquivos referentes às estações da RBMC foi feita pela internet (endereço –www.ibge.gov.br) , foram baixados os dados do dia 14 de abril de 2010.
Foram analisados os tempos de rastreio 2 horas, 2 horas e 30 min, 3 horas, 3 horas e 30 min,4 horas, 4 horas e 30 min, 5 horas,5 horas e 30 min para verificar como se comporta a acurácia, precisão nos respectivos tempos quando da inserção das efemérides precisas. De posse desses dados realizou-se o processamento e ajustamento através do software Topcontools versão 7.2 demo.
Após o processamento dos dados foi feito o ajustamento das observações. O Ajustamento faz a compensação dos erros e assegura a confiabilidade das coordenadas. O ajuste de rede é realizado para conseguir dois resultados:
Examinar as margens de erro e os erros nas observações;
Calcular as coordenadas finais para os pontos de observação.
Os dados utilizados neste trabalho têm os formatos RINEX (versão 2.11) e SP3. O primeiro refere-se às observáveis de pseudo-distância e fase da portadora, enquanto que o segundo fornece os dados de posição do centro de massa do satélite, velocidade e correção dos relógios dos satélites.
Foi necessário aguardar 2 (dois) dias para a disponibilização das efemérides, posteriormente foi necessário visitar o site http://earth-info.nga.mil/gandg/sathtml/peexe.html da NGA (national geospatial-intelligence agency) para aquisição das efemérides precisas, procurar e baixar o arquivo com nome nga15793.exe , posteriormente descompactar o arquivo, conforme pode-se ver na figura 03 a seguir.
Segundo Spofford e Remondi, (1996) a identificação das efemérides precisas se dá a partir do centro que a produz, a semana GPS correspondente e o dia da semana (cada arquivo corresponde a 24 horas ).
Por exemplo, uma efeméride produzida pelo NGA, na segunda-feira da semana 900 , será identificada como: NGA9001.sp3. A extensão SP3 é uma sigla para standard product 3, resultante de um estudo visando padronizar os formatos de órbita de satélite.A contagem do dia da semana inicia-se por domingo, que corresponde ao dia 0, até sábado , dia 6. Abaixo pode-se observar na figura 03 a pagina do NGA GPS satélite, onde foram baixados as efemérides precisas:
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Figura 03 – Pagina do NGA GPS satélite, para download das efemérides precisas
Fonte: Internet link, http://earth-info.nga.mil/gandg/sathtml/peexe.html
Para se determinar as coordenadas de um ponto ou marco sobre a superfície da terra faz-se necessário antes saber as coordenadas dos satélites.Informações referentes as coordenadas dos satélites , tais como erros nos relógios do GPS e acurácia das suas posições estão contidas nas efemérides. O refinamento na qualidade dessas informações esta ligado ao tipo de efeméride que esta sendo utilizada. Existem as efemérides transmitidas que são disponibilizadas para o aparelho receptor no momento do rastreio e as efemérides precisas que são obtidas pela internet junto a instituições de pesquisa.
No software de pós-processamento Topcon tools é possível identificar o tipo de efeméride que esta sendo usada, conforme pode-se observar nas figuras 04 e 05 abaixo:
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Figura 04-Mostra o tipo de efeméride transmitida
Fonte: os autores
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Figura 05-Mostra o tipo de efeméride precisa
Fonte: os autores
Análise dos dados
O tabela 02 abaixo mostra as coordenadas obtidas x coordenadas da estação MGBH, coordenadas em SIRGAS2000.
Tabela 02 – Coordenadas da Estação para diferentes tempos de rastreio
Fonte: os autores
Foram analisados os dados oriundos do rastreio GPS no dia 14 de abril de 2010, com um tempo de coleta de dados entre 2 horas, 2 horas e 30 min, 3 horas, 3 horas e 30 min,4 horas, 4 horas e 30 min, 5 horas,5 horas e 30 min. Procedeu-se dessa forma para se poder analisar o comportamento da precisão e acurácia quando se reduz o tempo de rastreio e se insere as efemérides precisas.
A forma de se trabalhar em campo não se altera em razão da utilização de efemérides precisas ou transmitidas. A utilização das efemérides precisas não resolve problemas advindos da dificuldade de rastreio do sinal de satélite devido à obstruções tais como prédios, árvores e também não anula os efeitos de multi-caminhamento. Esses eventuais problemas foram evitados devido ao fato de as estações da RBMC terem boas condições de rastreabilidade.
Para se analisar a Acurácia obtida foi utilizado as coordenadas oficiais da estação MGBH, integrante da RBMC. A tabela 03 a seguir mostra o erro linear e os erros nos eixos X e Y.
Tabela 03 – Comparativo dos diferentes das resultantes obtidas
Fonte: os autores
Grafico 01 – Comparativo Erro linear x Tempos de rastreio
Ao se analisar na tabela 03 e no Gráfico 01 os resultados obtidos para erros lineares, observou-se que à medida que se reduz o tempo de rastreio e se inseri as efemérides precisas não foi possível manter a acurácia obtida com o tempo de rastreio de 6 horas (efemérides transmitidas).Apesar disso os valores se mantiveram praticamente nos mesmos patamares, à exceção do erro linear obtido para o tempo de rastreio de 2 horas e 30min.
A tabela 04 abaixo mostra um comparativo entre as precisões ajustadas x precisões não ajustadas, conforme tabela abaixo.
Fonte: os autores
Gráfico 02 – Precisão Horizontal x Tempos de rastreio
Fonte : os autores
Quando se analisa na tabela 04 os dados encontrados para precisões horizontais pode-se notar que à medida que se reduz o tempo de rastreio e se inseri as efemérides precisas ocorre uma melhoria nas precisões relacionadas aos tempos de rastreio 5 horas e 30 min, 5 horas, 4 horas e 30 min, 4 horas , 2 horas.
Para as amostras relacionadas aos tempos de rastreio de 3 horas e 30 min, 3 horas, 2 horas e 30 min a utilização de efemérides precisas não surtiu o efeito esperado, visto que as precisões encontradas excederam as obtidas com 6 horas de rastreio.
Gráfico 03 – Precisão Ajustada x Tempos de rastreio
Fonte : os autores
Ao se analisar os dados obtidos para precisões ajustadas observou-se a utilização de efemérides precisas surtiu o efeito esperado, pois os valores para precisão ajustada (a exceção do valor relativo à 2 horas de observação, no caso 16 cm) apresentados se mantiveram nos mesmos patamares, ou seja, a redução do tempo de rastreio não contribuiu para a depreciação dos valores de precisão ajustada.
Conclusão
Ao se analisar os dados obtidos de precisões horizontais pode-se concluir que a utilização das efemérides precisas surtiu o efeito esperado, pois foi possível reduzir em até 2 h no tempo de rastreio sem, contudo, apresentar queda nos valores da precisão horizontal.
Ao se analisar os dados de precisões ajustadas pode-se concluir que o emprego das efemérides precisas surtiu o efeito esperado (à exceção do valor relativo à 2 horas de rastreio), pois foi possível reduzir em até 3 horas e 30 min no tempo de rastreio sem, contudo, apresentar queda nos valores da precisão ajustada.
No tocante á acurácia o resultado obtido não foi o esperado, visto que com a redução no tempo de rastreio não foi possível manter o nível de acurácia obtido com 6 h de observação. Apesar disso os valores se mantiveram praticamente nos mesmos patamares, à exceção do erro linear obtido para o tempo de rastreio de 2 horas e 30min.
Portanto as efemérides precisas funcionaram como um fator complementar à falta de tempo de rastreio, com o objetivo de manter a precisão e acurácia obtida com um tempo de rastreio de 6 horas , considerado bom para as linhas base em questão.
Para aplicação dessa técnica na topografia seria necessário considerar os prazos para entrega dos serviços, visto que para a aquisição das efemérides precisas é necessário aguardar o seu processamento junto às instituições de pesquisa, para que sejam disponibilizados os dados.