Georreferenciamento De Imoveis Rurais
Trabalho Escolar: Georreferenciamento De Imoveis Rurais. Pesquise 860.000+ trabalhos acadêmicosPor: • 23/3/2015 • 8.450 Palavras (34 Páginas) • 918 Visualizações
1
FACULDADE DE ENGENHARIA DE AGRIMENSURA DE PIRASSUNUNGA
EVOLUÇÃO NOS MÉTODOS DE GEORREFERENCIAMENTO DE IMÓVEIS RURAIS
Guilherme Rocha de Andrade
Pirassununga – SP
2014
2
GUILHERME ROCHA DE ANDRADE
EVOLUÇÃO NOS MÉTODOS DE GEORREFERENCIAMENTO DE IMÓVEIS RURAIS
Monografia apresentada como exigência parcial para obtenção do título de Especialista no Curso de Georreferenciamento de Imóveis rurais sob a orientação do Prof. Dr. Antonio Luiz Ferrari.
Pirassununga – SP
2014
1
Andrade, Guilherme Rocha de
Evolução nos métodos de georreferenciamento de imóveis rurais / Guilherme Rocha de Andrade. - - Pirassununga, 2014.
57 p. : il.
Monografia apresentada como exigência parcial para obtenção do título de Especialista no Curso de Georreferenciamento de Imóveis Rurais sob a orientação do Prof. Dr. Antônio Luiz Ferrari.
Inclui bibliografia.
1. Georreferenciamento 2. Imóveis Rurais 3. Levantamentos Topográficos 4. Sistema de Posicionamento Global I. Título
CDD 526.0285
A553e
i
Dedico este trabalho, a minha esposa, as minhas filhas e amigos que me transmitem força para vencer profissionalmente.
2
AGRADECIMENTOS
A todos que colaboraram para a realização deste trabalho, aos colegas de turma 21, aos funcionários e professores da FEAP que nos ajudaram e apoiaram a prosseguir e não desanimar.
i
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. iv
LISTA DE TABELAS ................................................................................................... v
LISTA DE SIGLAS ..................................................................................................... vi
RESUMO ................................................................................................................. viii
ABSTRACT ................................................................................................................ ix
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 1
2 OBJETIVO ............................................................................................................... 3
3 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 4
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 5
4.1 Sistema de Posicionamento Global ....................................................................... 5
4.1.1 Rede Brasileira de Monitoramento Continuo ...................................................... 5
4.1.2 REDE IBGE, RIBac e ESTADUAIS .................................................................... 5
4.1.3 Redes Particulares ............................................................................................. 8
4.2 Rede de Satélites .................................................................................................. 9
4.2.1 NAVSTAR-GPS .................................................................................................. 9
4.2.2 GLONASS ........................................................................................................ 10
4.2.3 Galileo (LEIVAN´S BLOG, 2007) ...................................................................... 10
4.3 Constelação do Sistema GPS ............................................................................. 10
4.3.1 Segmento Espacial .......................................................................................... 11
4.3.2 Segmento de Controle...................................................................................... 13
4.3.3 O segmento dos usuários ................................................................................. 14
ii
4.4 Estrutura do Sistema (ROQUE, 2006) ................................................................ 14
4.4.1 Sinais Emitidos Pelos Satélites GPS ................................................................ 14
4.4.1.1 Códigos Transmitidos pelos Satélites GPS ................................................... 15
4.4.2 Observáveis GNSS do Sistema ....................................................................... 16
4.4.2.1 Pseudo Distância Através do Código ............................................................ 17
4.4.2.2 Fase da Onda Portadora ............................................................................... 17
4.5 Erros Envolvidos nas Observáveis GPS ............................................................. 19
4.6 Efemérides (GNSS CALENDAR, 2010). ............................................................. 19
4.7 Acurácia e Precisão ............................................................................................ 20
4.8 Estação Total ...................................................................................................... 21
4.9 Classificação dos Receptores GPS (PROJETO TAQUARI-ANTAS, 2009)......... 22
4.9.1 De Acordo com a Comunidade Usuária ........................................................... 22
4.9.2 Classificação Quanto ao Público Utilizador, Objetivos de precisão e Investimento ................................................................................................... 22
4.9.3 Classificação dos Receptores GPS, Quanto ao Tipo de Dados Recebidos (ROQUE, 2006) .............................................................................................. 23
4.9.4 Classificação dos Receptores Quanto ao Posicionamento .............................. 24
4.9.4.1 Posicionamento Absoluto .............................................................................. 24
4.9.4.2 Posicionamento Relativo ............................................................................... 25
4.9.4.3 Posicionamento Diferencial GPS (DGPS) ..................................................... 27
4.9.4.4 Posicionamento Por Ponto Preciso (PPP) ..................................................... 28
4.9.4.5 Posicionamento em RTK ............................................................................... 30
4.9.4.6 Sistema NTRIP .............................................................................................. 31
4.9.4.6.1 NTRIP Server ............................................................................................. 32
4.9.4.6.2 NTRIP Caster ............................................................................................. 32
4.9.4.6.3 NTRIP Client .............................................................................................. 33
4.10 Norma Técnica de Georreferenciamento de Imóveis Rurais ............................. 33
4.10.1 Primeira Norma (Novembro 2003) (INCRA, 2003). ........................................ 33
iii
4.10.1.1 Definições mais Relevantes ........................................................................ 34
4.10.2 Segunda Norma (setembro 2010) (INCRA, 2010) .......................................... 36
4.10.2.1 Itens Relevantes .......................................................................................... 36
4.10.3 Terceira Norma (setembro 2013) (INCRA, 2014) ........................................... 37
4.10.4 Manual Técnico de Limites e Confrontações (INCRA, 2014) ......................... 38
4.10.5 Manual Técnico de Posicionamento (INCRA, 2014) ...................................... 38
4.10.6 Manual da Gestão da Certificação (Norma de Execução INCRA/n°107 de 23 de agosto de 2013) (INCRA, 2013) ................................................................ 40 5 MATERIAL E MÉTODOS ....................................................................................... 43 6 RESULTADOS ....................................................................................................... 44
6.1 Vantagens do RTK em Rede (TOPGEO TECNOLOGIAS, 2014) ....................... 49
6.2 Comparativo Entre os Métodos de Georreferenciamento ................................... 50
6.3 Evolução Cronológicas dos Métodos de Posicionamento ................................... 51 7 CONCLUSÃO......................................................................................................... 52 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 54
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 -
Distribuição das estações da RBMC instaladas até o final de 1996..................................................................................................
06
Figura 2 -
Rede atual RBMC...........................................................................
07
Figura 3 -
Estações da Rede GNSS SP homologadas pelo IBGE..................
08
Figura 4 -
Rede Privada GEGAT.....................................................................
09
Figura 5 -
Constelação dos satélites do sistema GPS.......................................
11
Figura 6 -
Segmento espacial...............................................................................
12
Figura 7 -
Estação de monitoramento Central e Estações de monitoramento.......................................................................................
13
Figura 8 -
Segmento do usuário...........................................................................
14
Figura 9 -
Pseudodistância através do código................................................
17
Figura 10 -
Sinal onda portadora......................................................................
18 Figura 11 - Diferença de Precisão e Acurácia................................................... 21
Figura 12 - Mostra a evolução dos equipamentos de georreferenciomentodo método tradicional
22
Figura 13 -
Posicionamento absoluto (por ponto)...................................................
25
Figura 14 -
Posicionamento relativo...................................................................
26
Figura 15 - Princípio do Método Diferencial...................................................... 28
Figura 16 -
Técnica, RTK/UHF (Tradicional)..........................................................
31
Figura 17 -
Componentes do NTRIP.......................................................................
32 Figura 18 - Opções de aplicação a técnica RTK/GSM...................................... 46
Figura 19 -
Componentes do sistema e fluxo de dados...................................
47
Figura 20 -
Esquema da rede.........................................................................
48
Figura 21 -
Envio das correções.....................................................................
48
Figura 22 - Custo mensal e produtividade/dia de cada técnica de posicionamento ao realizar levantamentos
50
Figura 23 - Esquema cronológico dos métodos................................................
51
v
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 -
Fontes e efeitos dos erros envolvidos no GPS.............................
19
Tabela 2 –
Classes de acordo com a precisão planimétrica (“P”) após ajustamento...................................................................................
34
Tabela 3 -
Nível de Acurácia após ajustamento............................................
34
Tabela 4 –
Relação entre tempo de ocupação e distância entre estações para levantamentos de controle...................................................
35
Tabela 5 -
Classificação de tipos de vértices quanta a materialização.........
36
Tabela 6 –
Classe, finalidade, precisão e tipo de vértice Processamento GPS...............................................................................................
36
Tabela 7 -
Processamento GPS (Relativo estático).......................................
37
Tabela 8 -
Nova precisão quanto a natureza dos vértices.............................
37
Tabela 9 -
Métodos de posicionamento para vértices de apoio.....................
38
Tabela 10 -
Métodos de posicionamento e tipos de vértices...........................
39
Tabela 11 -
Métodos de posicionamento e tipos de vértices...........................
40
vi
LISTA DE SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
APP - Área de Preservação Permanente
ART - Anotação de Responsabilidade Técnica
BPSK - Binary Phase Shift Keying
BRAZ - Estação de Brasília/DF
C/A - Coarse Acquisition Code
CCIR - certificação do cadastro de imóveis rurais
CEGAT - Centro Geodésico Alezi Teodolini
CNCC - Comitê Nacional de Certificação e Credenciamento.
CNIR - Cadastro Nacional de Imóveis Rurais
CRe - Comitê Regional de Certificação
CREA - Conselho Regional de Engenharia Arquitetura e Agronomia
DGPS - Posicionamento Diferencial GPS
E.R.A. - Estação de Referência Ativa
FORT - Estação de Fortaleza/CE
GEGE - Grupo de Estudo em Geodésia Espacial
GPS - Sistema de Posicionamento Global
GNSS – Global Navigation Satellite System
GSM – Global System for Mobile Communication
HTTP - Hipertext Transfer Protocol
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IGS - International GNSS Service
INCRA - Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária
IP - Internet Protocol
vii
MCS - Master Control Station
NTRIP - Networked Transport of RTCM via Internet Protocol
P - Precision Code
PARA - Estações de Curitiba/PR
PPP - Posicionamento Por Ponto Preciso
PPS - Precise Positioning System
RBMC - Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo
RIBaC – Rede Incra de Bases Comunitárias
RL - Reserva Legal
RTCM - Radio Technical Comission for Maritime Services
RTK- Real Time Kinematic
SBAS - Space Based Augmentation Systems
SGB - Sistema Geodésico Brasileiro
SIGEF - Sistema de Gestão Fundiária
SIM - Subscriber Identity Module
SIRGAS - Sistema de Referencial Geocêntrico para as Américas
SNCR - Sistema Nacional de Cadastro Rural
SPS - Standard Positioning System
SRF - Secretaria da Receita Federal
TCP/IP - Transfer Control Protocol / Internet Protocol
UEPP – Estação de Presidente Prudente/SP
VRS - Virtual Reference Station
viii
RESUMO
Em 2001, foi sancionada a Lei 10.267, a fim de regularizar e atualizar o cadastro de imóveis rurais, obrigando a identificação do imóvel rural, contendo memorial descritivo, as coordenadas dos vértices definidores dos limites, devendo ser georreferenciadas ao Sistema Geodésico Brasileiro – SGB. A partir daí o INCRA vem efetuando a normatização e a padronização com critérios técnicos, baseados ABNT, para que se atinja a precisão exigida, isso através de normas, (manuais). O objetivo desta pesquisa é mostrar ao profissional que está iniciando seus trabalhos com o georreferenciamento, o que evoluiu e melhorou; nas normas e métodos de georreferenciamento, atualizando-o dando-lhe informações e expondo os métodos para que ele possa decidir a melhor forma de agilizar os trabalhos. Para isso, a metodologia utilizada no presente estudo foi o método dedutivo, de pesquisa bibliográfica, notas de aulas, com posterior revisão de literatura, para tal propósito foram usados livros, artigos, pesquisas na Internet, revistas e jornais. Após a coleta dos dados, foi feita a leitura e comparação entre os autores e as diferentes fontes. Dessa forma, os dados foram interpretados segundo o método interpretativo dos textos e analisados para que o objetivo do trabalho pudesse ser atingido. Sendo assim, os resultados mostraram que a evolução dos métodos de posicionamento, vêm ao encontro das necessidades de campo do profissional da topografia, de modo a torná-lo um profissional mais versátil e eficiente. Pode-se concluir então que a grande extensão territorial ainda dificulta uma perfeita cobertura nas áreas mais distante, mas a expansão da rede (ERA) e a disseminação do sinal GSM para as áreas mais remotas é questão de tempo, tendo em vista a simplicidade e eficiência do método para o usuário.
PALAVRAS-CHAVE: Georreferenciamento; Imóveis rurais; Levantamentos topográficos; Sistema de Posicionamento Global
ix
ABSTRACT
In 2001 It was sanctioned the Act 10.267, by means of regulation and updating of rural properties’ cadastre, turning mandatory the identification of the rural property, with descriptive matter, the coordinates of the vertices that defines the boundaries should be georeferenced to “Sistema Geodesico Brasileiro – SGB” (Brazilian Geodesic System). Since then, the INCRA (Brazilian Institute of Colonization and Land Reform) perform the standardization and normalization with technical discretion, based on ABNT (Brazilian Association of Standarts and Techniques), so that it reaches the precision required through regulations (manuals). The goal of this research is to show to the professional that is beginning the field word with georeferencing, what has improved and evolved; within the georeferencing standards and methods, updating, providing information and showing the methods so that the professional can decide the best way to streamline his work. For this, the methodology used at the present research was the deductive method, bibliographic research, class notes, with post literature revision, using books, articles, internet research, magazines and newspapers to this porpoise. After the data collection, reading and comparison was made among the authors and different sources. Thus, the data was interpreted using the texts interpretative method and analysed so that the main goal of the research could be reached. Therefore the results showed that the positioning methods evolution converts to the topography’s professional needs, turning the worker more versatile and efficient. It can be concluded that the great territorial area still complicates a perfect distant areas covering, but the net’s (ERA) growing and the GSM signal spreading to the remote areas is just a matter of time, in view of the method’s simplicity and efficiency to it user.
KEY-WORDS: Georeferencing; Rural properties; Topographic surveys; Global Positioning System
1
1 INTRODUÇÃO
A lei 5868/1972, cria o Sistema Nacional de Cadastro Rural (SNCR), e só em 2001 a lei 10267, regulamentada pelo decreto 4449/2002 vem se unificar e atualizar o cadastro nacional, com a criação do Cadastro Nacional de Imóveis Rurais (CNIR); gerenciado pelo Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (INCRA) e pela Secretaria da Receita Federal (SRF).
A unificação dos registros cadastrais e a criação do CNIR, com a obrigatoriedade do cadastramento e georreferenciamento, os imóveis rurais passam a ser identificados por um código único, atribuído pelo INCRA, facilitando a identificação do imóvel, o que propicia o cruzamento de informações entre os órgãos e usuários deste cadastro.
O INCRA também fica responsável pela certificação do cadastro de imóveis rurais (CCIR), este tem a finalidade de atualização das informações do imóvel como: a área, a forma, o proprietário, o uso e sua inclusão ao sistema cartográfico, ou seja o georreferenciamento
O georreferenciamento de imóvel rural deve ser efetuado por profissional habilitado pelo Conselho Regional de Engenharia Arquitetura e Agronomia (CREA) e credenciado pelo INCRA, com a devida Anotação de Responsabilidade Técnica (ART).
A exigência de Anotação de Responsabilidade Técnica (ART) atribui aos profissionais responsabilidades, pois ao assinar uma ART o profissional poderá responder judicialmente por eventuais falhas ocorridas nos procedimentos técnicos.
O georreferenciamento será exigido para imóveis rurais que forem: desmembrar, arrendar, hipotecar, vender ou prometer em venda o imóvel rural e para homologação de partilha amigável ou judicial.
2
A descrição da área deve apresentar memorial descritivo dos pontos com as coordenadas dos vértices definidores dos limites dos imóveis rurais, georreferenciadas ao Sistema Geodésico Brasileiro (SGB). A descrição georreferenciada garante, que não haja sobreposições de imóveis, evitando que se crie títulos de imóveis sobrepostos com proprietários distintos.
Antes de aceitar o trabalho de georreferenciamento, deve-se verificar algumas situações para evitar surpresa.
- Tamanho da área
- Acesso a área e a divisa; é acessível?
- Confrontantes; há disputa? existe imóvel já georreferenciado?
- Conhecer exigência do Cartório de Registro de Imóveis
- Situação da matrícula e documentação existente
Estas informações básica vão permitir que o profissional se planeje para a realização do levantamento;
- Que material será necessário,
- Os pontos serão amarrados em base RBMC ou será usado base virtuais,
- Que tipo de software e equipamento será usado,
- Qual o melhor método ou métodos a serem utilizados para diferentes tipos e classe de vértice.
Todas estas questões deverão ser respondidas para darmos início aos trabalhos.
Deve-se ficar atentos ainda, quanto à situação do imóvel, referente a reserva legal (RL) e Áreas de Preservação Permanente (APP), pois o Código Florestal Brasileiro,Lei12651/2012, determina que estas áreas devem ser averbadas e demarcadas respectivamente, pois para este serviço além do georreferenciamento, seria necessário a regularização ambiental.
A finalidade desta pesquisa, é a de efetuar uma revisão bibliográfica e o levantamento de trabalhos que abordam a evolução nas normas e métodos de georreferenciamento, as alterações e atualizações ocorridas em uma década, expondo normas e métodos atualizadas, comparando-as afim de fornecer ao profissional da área, novos conceitos e formas para que possa otimizar seu trabalho.
3
2 OBJETIVO
O objetivo é mostrar ao profissional que está iniciando seus trabalhos com o georreferenciamento, o que evoluiu e melhorou; nas normas e métodos de georreferenciamento, atualizando-o dando-lhe informações e expondo os métodos p3ara que ele possa decidir a melhor forma de agilizar os trabalhos, melhorando sua produtividade e custos, assim como solucionar as dúvidas que por certo surgirão e escolher o método ou a combinação de métodos para que seu trabalho atenda a precisão e especificações exigidas.
4
3 JUSTIFICATIVA
O proposito deste trabalho é a pesquisa, a revisão bibliográfica e o levantamento de trabalhos que abordam a evolução nas normas e métodos de georreferenciamento, as alterações e atualizações ocorridas em uma década. Expondo normas e métodos atualizadas, comparando-as afim de fornecer ao georreferenciador novos conceitos e formas para que possa otimizar seu trabalho.
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4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 Sistema de Posicionamento Global
A obrigatoriedade do georreferenciamento, a partir de 2001, acelerou a evolução do sistema de posicionamento global (GPS), porem para que esta evolução ocorresse, foi necessário a ampliação da Rede de Monitoramento Continuo e a Rede de Satélites.
4.1.1 Rede Brasileira de Monitoramento Continuo
4.1.2 REDE IBGE, RIBac e ESTADUAIS
No final do ano de 1996 foram instaladas as estações de Curitiba/PR (PARA) e Presidente Prudente/SP (UEPP). Nesta época já existiam no Brasil outras duas estações em funcionamento, sendo elas: Fortaleza/CE (FORT); e Brasília/DF (BRAZ). Contudo, estas estações foram integradas ao conjunto das estações da RBMC. Com o passar dos anos novas estações foram instaladas, outras integradas, como a rede do INCRA (RIBac) e as redes Estaduais; atualmente pertencem ao conjunto das estações da RBMC (IBGE) e seus dados são armazenados e distribuídos aos usuários.
O IBGE, a partir de 2009 disponibilizou outros serviços através da rede RBMC, o serviço RBMC-IP, para apoiar atividades de posicionamento em tempo - real, para usuários que fazem uso da técnica RTK (relativo cinemático em tempo real) ou DGPS (GPS diferencial)
Os dados são disponibilizados via protocolo Internet conhecido por Networked Transport of RTCM via Internet Protocol (NTRIP), para correção de dados diferencial ou outros tipos de dado GNSS, acessados pela Internet sem fio, permitindo conexões simultâneas de computadores PCs, Laptops.
As correções são recebidas pelo GPS do usuário (rover) através de uma porta serial padrão e desta forma obtêm-se as posições corrigidas.
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Figura 1 - Distribuição das estações da RBMC instaladas até o final de 1996
Fonte: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE (2011)
7
Figura 2 - Rede atual RBM
Fonte: Monico (2013)
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Figura 3 - Estações da Rede GNSS SP homologadas pelo IBGE
Fonte: Monico (2013)
4.1.3 Redes Particulares
O Centro Geodésico Alezi Teodolini (CEGAT) foi implantado no início de 2010 tendo como objetivo desenvolver, elaborar e implantar projetos e novas técnicas de trabalho através da tecnologia GNSS, baseando-se nos métodos de posicionamento por RTK (Real Time Kinematic) e também por sinais de telefonia móvel (GSM).
Para que isso fosse possível, o CEGAT é composto de uma infraestrutura de 35 E R.A (Estação de Referência Ativa) GNSS L1/L2 que envia dados em tempo real para um servidor central 24h por dia e disponibiliza tais correções RTK no mesmo instante via protocolo IP, permitindo a qualquer usuário dentro da área de cobertura da rede o posicionamento de alta precisão.
Contratação do serviço é por período determinado, conforme o plano escolhido.
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Figura 4 - Rede Privada CEGAT
Fonte: Neves (2014)
4.2 Rede de Satélites
O sistemas de posicionamento que integra o GNSS, é constituído por diferentes sistemas de posicionamento por satélites.
4.2.1 NAVSTAR-GPS
Global Positioning System, NAVSTAR-GPS, ou simplesmente GPS, é modelo americano e entrou em operação em 1995, permite o posicionamento de objetos sobre a superfície terrestre.
Consiste numa “constelação” de 28 satélites sendo 4 sobressalentes, em 6 planos orbitais e com inclinação de (55°) a uma altitude de 20200Km, percorrendo a órbita terrestre a cada 11horas e 58minutos horas.
Atualmente passa por um processo de modernização, com o acréscimo de novos sinais.
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4.2.2 GLONASS
O GLONASS (Global Navigation Satellite System), pertence à Federação Russa. O primeiro satélite GLONASS foi lançado em 12 de Outubro de 1982, mas tinha apenas objetivos militares, a versão comercial do sistema entrou em operação apenas em 1993. Conta com uma constelação de 24 satélites divididos em três órbitas e 8 satélites por plano e uma inclinação de 64.8º, fazendo que viajam muito mais ao norte (ou sul) que os satélites GPS. Os satélites GLONASS orbitam à uma altitude de 19,100km – mais baixo que a órbita do GPS de 20,200km. Esta órbita mais baixa significa que os satélites GLONASS completam uma volta na Terra em 11horas e 15minutos – comparado às 11horas e 58 minutos para a órbita do GPS.
4.2.3 Galileo (LEIVAN´S BLOG, 2007)
Galileo é um satélite europeu, concebido desde o início como um projeto civil, possui 30 satélites, sendo 27 operacionais e três de reserva, distribuídos em três planos orbitais, com inclinação de 56º e altitude de 23600Km, esta configuração favorece boa cobertura em altas latitudes. Atualmente, o sistema conta com quatro satélites em funcionamento.
Existem ainda vários sistemas adicionais em operação, que estão disponíveis para complementar o GPS, o GLONASS, o Galileo; estes sistemas são denominados de Space Based Augmentation Systems (SBAS), e num futuro próximo o Beidou 2/Compass da China entrará em operação.
4.3 Constelação do Sistema GPS A constelação, nada mais é que um grupo de satélites similares que orbitam a Terra de forma sincronizada e otimizada, trabalhando de forma orquestrada para atingir um objetivo comum. Esta configuração garante que, no mínimo, quatro satélites GPS sejam visíveis em qualquer local da superfície terrestre, a qualquer hora.
O sistema é composto de três segmentos:
- espacial,
- de controle,
- do usuários.
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Figura 5 - Constelação dos satélites do sistema GPS
Fonte: Garmin (2014); Albuquerque e Santos (2003)
4.3.1 Segmento Espacial
O Segmento Espacial, (GPS) é composto de, no mínimo, 24 satélites distribuídos em seis planos orbitais, a uma altitude aproximada de 20.200 km. Os planos orbitais são igualmente espaçados e inclinados 55° em relação ao Equador. Atualmente o sistema conta com 32 satélites. As órbitas são percorridas a cada 12 horas, aproximadamente (cada satélite adianta-se em sua órbita cerca de 4 minutos por dia).
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Figura 6 - Segmento Espacial
Fonte: Esteio (2014)
Os satélites são equipados com: - Painéis solares para fornecimento de energia. - Relógio Atômico (trabalha sem energia atômica, usa a precisão das oscilações atômicas do Rubídio e Césio). - Equipamentos de computação e comunicação. - Baterias recarregáveis para os períodos de eclipse. Os sinais de rádio emitidos pelos satélites são de alta frequência (UHF), modulados e enviados na velocidade da luz, através de 2 ondas portadoras senoidais: - L1 à 1.575,42 MHz (comprimento 19 cm) e L2 à 1.227,60 MHz (comprimento 24 cm), geradas pelo relógio do satélite. - Os receptores militares (mais precisos: 1 a 5 m) captam as ondas L1e L2, enquanto os receptores civis (5 a 15 m) só captam a onda L1. - A potência de transmissão dos sinais é de apenas 50 Watts. - Esses sinais de baixa potência que são emitidos a cada milissegundo e portam poucas informações, são captados continuamente pelos receptores GPS.
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4.3.2 Segmento de Controle O Segmento de Controle possui cinco estações monitoras ao longo da linha do Equador, usam coordenadas nas estações como referencial o WGS-84. As estações do Segmento de Controle executam três funções principais: - Monitorar todos os sinais GPS, para controlar os satélites e suas órbitas, além de coletar dados meteorológicos para prever atrasos na troposfera; - Transmitir dados para os satélites, tais como efemérides atualizadas, correções nos sinais horários (clock), e outras mensagens destinadas aos usuários; - Uma das estações é a Estação Mestra de Controle, responsável pelo recebimento dos dados das outras estações, para processamento dos cálculos das correções do relógio e efemérides. A Estação Mestra pode, inclusive, mover um satélite reserva para a posição de um satélite ativo que esteja inoperante. A estação de controle principal situa-se em Schriever, Colorado Springs.
Figura 7 - Estação de Monitoramento Central e Estações de monitoramento Fonte: Universidade Federal do Espírito Santo (2014)
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4.3.3 O segmento dos usuários O segmento dos usuários é composto pelo ilimitado número de receptores espalhados pelo mundo, nas mais diversas aplicações. A função básica de um receptor é captar os sinais dos satélites que estiverem “visíveis” (sem nenhuma obstrução entre eles e o receptor) e, com as informações obtidas nesses sinais, calcular a sua posição (latitude, longitude e altitude). Tipicamente, um receptor GPS apresenta: uma antena (para a captação dos sinais), circuitos eletrônicos (para tratamento dos sinais), um mostrador (para apresentação das coordenadas calculadas), um teclado (para a entrada de dados e de comandos), e pode ainda, oferecer um canal serial (para a saída de dados destinados a outro equipamento eletrônico). imagem: vaztolentino.com.br Figura 8 - Segmento do usuário Fonte: Vaz Tolentino Observatório Lunar (2014)
4.4 Estrutura do Sistema (ROQUE, 2006)
4.4.1 Sinais Emitidos Pelos Satélites GPS Os sinais por meio dos quais os satélites GPS se comunicam com seus usuários são todos gerados a partir da frequência de 10,23 MHz.
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Estes sinais são modulados sobre portadoras, para que possam ser enviados pelos satélites. Segundo Gemael e Andrade (2004), duas portadoras são utilizadas para permitir a compensação, de primeira ordem, do efeito da refração ionosférica. Essas portadoras têm as suas frequências geradas a partir da frequência fundamental, da seguinte forma: L1 com frequência = 154 x 10,23 = 1575,42 MHz L2 com frequência = 120 x 10,23 = 1227,60 MHz, L5 com frequência = 115 x 10,23 = 1176,45 MHz Que correspondem aos comprimentos de onda: λ1 = 19,05 cm, λ2 = 24,45cm e λ5 = 25,5 cm. Segundo Hofmann-Wellenhof, Lichtenegger e Collins1 (1994 apud PINTO, 2012) o uso de receptores que rastreiam duas frequências é essencial para a eliminação da principal fonte de erros, a refração ionosférica. Com o acréscimo de uma terceira onda portadora – L5 é possível fazer diferentes combinações para a eliminação dos efeitos da ionosfera e não somente as que são baseadas nas portadoras L1 e L2. Os sinais L1 e L2 transmitidos para o usuário contêm informações sobre: a) As efemérides do satélite; b) As correções do relógio do satélite; c) Parâmetros atmosféricos; d) Parâmetros orbitais de todos os satélites (almanaque); e) Outros dados relevantes sobre o sistema em geral.
4.4.1.1 Códigos Transmitidos pelos Satélites GPS
Os códigos que podem ser transmitidos pelos satélites são quatro: Código C/A, Código P, Código Y, 1 HOFMANN-WELLENHOF, B.; LICHTENEGGER, H.; COLLINS, J. GPS: theory and practice. New York: Springer-Verlag Wien, 1994. 355 p.
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Código L2C, O Código C/A (Coarse Acquisition Code) ou código de fácil acesso, é modulado sobre a portadora L1. É disponível para todos os usuários, destina ao posicionamento de baixa precisão. O código P (Precision Code) tem seu nome derivado de preciso, e está disponível apenas para usuários autorizados (uso militar) sendo modulado sobre a portadora L 2. O Código Y é utilizado em substituição do código P, quando o As(anti-spoofing) é ativado, é gerado pela multiplicação do código P por um código secreto, denominado w por Gemal e Andrade (20042 apud ROQUE, 2006) Código L2C, modulado sobre a portadora L2, visa reduzir as dificuldades decorrentes do código Y. Este código passou a ser transmitido pelos satélites do Bloco IIR-M, cujo primeiro satélite foi lançado em 2005. O código civil na portadora L2, denominado de L2C já está em funcionamento. Comparado com o código C/A, o L2C é menos suscetível a interferências e a multicaminho. As principais vantagens da inclusão da terceira frequência L5 estão relacionadas com a redução dos efeitos da ionosfera e a solução da ambiguidade (SANTOS, 20003; JPO4, 2002 apud IBGE, 2008 ). A portadora L1 é modulada com os códigos C/A e P(Y) e a L2 com os códigos P (Y) e L2C (a partir dos satélites do Bloco IIR-M).
4.4.2 Observáveis GNSS do Sistema As observáveis GNSS que permitem a determinação das coordenadas de um ponto são: – Pseudodistância através do código – Fase da portadora ou diferença de fase
2 GEMAL, C.; ANDRADE, J.B. de. Geodésia celeste. Curitiba: Editora da UFPR, 2004. 389 p.
3 SANTOS, M.C. Impacto do 3º sinal do GPS. InfoGeo, n. 15, p. 22, 2000. 4 JPO. Navstar GPS: Space Segment / User Segment L5 Interfaces. ICD-GPS-705 2. ed. 2002. 67 p. Disponível em: <http://www.navcen.uscg.gov/gps/modernization/Number.pdf>. Acesso em: 09 jun. 2006.
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4.4.2.1 Pseudo Distância Através do Código Nada mais é que a distância do receptor a um satélite, calculada com base no tempo de trânsito do sinal, desde o satélite até o receptor. O tempo de trânsito (Δt) é obtido mediante comparação, entre o código recebido do satélite e uma réplica deste, gerada no receptor. A defasagem entre os dois códigos (o recebido e o gerado no receptor), possibilita determinar o tempo de trânsito do sinal transmitido pelo satélite que multiplicado pela velocidade da luz, fornece a pseudodistância. D = c x Δt Figura 9 – Pseudodistância através do código Fonte: Parzzanini (2014)
4.4.2.2 Fase da Onda Portadora A distância entre o satélite e o receptor é determinada através da contagem do número de ciclos existente entre o satélite e o receptor, para isso é utilizado a fase de batimento da portadora (ɸg - ɸr). Para trabalhos com a fase da onda portadora, é necessário a determinação da ambiguidade. D = λ x Ciclos Ciclos = Int + Fração Os receptores medem a parte fracional da portadora com precisão de até 1/1000 do ciclo: – Após determinar a parte fracional o receptor conta ciclos sucessivos (contínuos). – Receptor não conhece o número inteiro de ciclos que havia entre o receptor e o satélite no instante da primeira observação.
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– Incógnita, N, é chamada de ambiguidade inteira ou ambiguidade da fase A etapa da modernização do GPS contempla a introdução de mais um código civil na portadora L1, um código civil na portadora L2 e uma terceira frequência civil denominada L5. O código civil na portadora L2, denominado de L2C já está em funcionamento. Comparado com o código C/A, o L2C é menos suscetível a interferências e a multicaminho. As principais vantagens da inclusão da terceira frequência L5 estão relacionadas com a redução dos efeitos da ionosfera e a solução da ambiguidade (SANTOS, 20005; JPO6, 2002 apud IBGE, 2008 ).
Figura 10 - Sinal onda portadora Fonte: Parzzanini (2013) .
5 SANTOS, M.C. Impacto do 3º sinal do GPS. InfoGeo, n. 15, p. 22, 2000. 6 JPO. Navstar GPS: Space Segment / User Segment L5 Interfaces. ICD-GPS-705 2. ed. 2002. 67 p. Disponível em: <http://www.navcen.uscg.gov/gps/modernization/Number.pdf>. Acesso em: 09 jun. 2006.
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4.5 Erros Envolvidos nas Observáveis GPS As observáveis (pseudodistância e fase de batimento da onda portadora) estão sujeitas aos erros aleatórios, sistemáticos e grosseiros. Os erros aleatórios são inevitáveis e são considerados como uma característica de observação (FAUSTINO, 2006). Os erros sistemáticos são aqueles cuja causa é conhecida, podendo ser reduzidos por técnicas especiais de observação e/ou processamento. Já os erros grosseiros são oriundos de falhas humanas e/ou equipamentos e devem ser eliminados. Tabela 1 – Fontes e efeitos dos erros envolvidos no GPS
FONTES DE ERRO
ERROS Satélite Erro da órbita, Erro do relógio, Relatividade Erro das portadoras no hardware do satélite Propagação do sinal Refração troposférica, Refração ionosférica Perdas de ciclo, Multi caminho, Rotação da Terra, Relatividade Atraso instrumental de inter freqüência Receptor/Antena
Erro do relógio, Erro entre os canais, Centro de fase da antena, Fase Wind-up, Correção de bias P1/CA Estação
Erro nas coordenadas, Multi caminho, Marés terrestres, Movimento do Pólo, Carga dos oceanos , Carga atmosférica Fonte: Adaptado de Monico (2000)
4.6 Efemérides (GNSS CALENDAR, 2010). As efemérides são os parâmetros orbitais que permitem calcular a posição no céu de um determinado satélite, em determinado instante de tempo GPS. Esta posição corresponde às coordenadas cartesianas (X, Y, Z) do satélite referidas ao sistema de referência WGS-84. Os parâmetros menos precisos das órbitas de todos os demais satélites dão origem ao Almanaque, que é empregado para previsão da posição dos satélites. Tanto as Efemérides quanto o Almanaque estão contidos nas mensagens de navegação transmitidas pelos satélites. Todos os satélites sofrem influências do campo gravitacional da terra, a atração da lua, a pressão da radiação solar e o “arrasto atmosférico”, que decorre do
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sinal do satélite atravessar camadas de atmosfera com diferentes densidades. Estes dados são transmitidos para a Estação de Controle Central (MCS – Master Control Station), que processa e calcula as órbitas e erros dos relógios dos satélites, permitindo a atualização das mensagens de navegação (efemérides transmitidas), que são enviadas aos satélites por meio de antenas terrestres. Visando auxiliar os usuários que necessitem de maior exatidão, são produzidas efemérides precisas, pós-processadas a partir da rede IGS (International GNSS Service), composta por aproximadamente 400 estações mundialmente distribuí- das. As efemérides precisas são disponibilizadas no formato sp3 e são identificadas pelas siglas IGS, IGR (rápidas) e IGU (ultrarrápidas)
4.7 Acurácia e Precisão A obtenção de um valor Y de uma variável X numa observação irá depender do processo de mensuração utilizado. Considerados como sinônimos mas de significado muito distinto no contexto estatístico, estão relacionados com os resultados desse processo: Acurácia: proximidade da medida relativamente ao verdadeiro valor da variável. Precisão: proximidade entre os valores obtidos pela repetição do processo de mensuração. Assim, quanto mais acurado o processo de mensuração mais próximo está o resultado da medida do valor verdadeiro, de modo que a acurácia está ligada à presença de tendenciosidade enquanto que a precisão diz respeito à repetibilidade das medidas e quanto maior a precisão menor a variabilidade entre as medidas. A tabela que seguem auxilia na distinção dos conceitos de precisão e acurácia:
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Acurácia
Precisão
Baixa
Alta
Baixa
Alta
Figura 11 - Diferença de Precisão e Acurácia Fonte: Acurácia... (2014)
4.8 Estação Total Nos últimos anos houve ganho significativo na Topografia, devido à novas tecnologia na fabricação dos instrumentos. A evolução para os teodolitos eletrônicos, posteriormente as Estações Totais e com o surgimento do GPS, possibilitou a união e uso de diferentes equipamentos para o desenvolvimento de uma mesma tarefa. A evolução de equipamentos como a estação total (medição sem prisma, medições automáticas, uso de controle remoto no bastão do prisma) permitiu não apenas a integração dos métodos de levantamentos com esses diferentes instrumentos, mas também uma agilidade no intercâmbio de informações, permitindo um ganho de produtividade nos levantamentos. Essas constantes evoluções e atualizações aplicados aos levantamentos topográficos e geodésicos vêm aperfeiçoando os métodos de medições sejam eles convencionais, com teodolitos, níveis, estação total, receptores GNS. O uso integrado do GNSS com estação total permite, por exemplo, que os pontos levantados com GNSS sirvam de apoio para a complementação do trabalho com estação total, permitindo que a tarefa seja concluída em locais onde há obstruções de sinais GNSS.
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1ªgeração 2ª geração 3ª geração última geração Estação Total Teodolito, Dollnd Teodolito-taqueométrico Estacão Total Leika Topcon, SI com escâner Figura 12 - Mostra a evolução dos equipamentos de georreferenciomentodo método tradicional Fonte: Rodrigues (2003) e Topcon (2014)
4.9 Classificação dos Receptores GPS (PROJETO TAQUARI-ANTAS, 2009)
4.9.1 De Acordo com a Comunidade Usuária
Os receptores GPS podem ser divididos segundo vários critérios. Uma classificação possível é de acordo com a comunidade usuária: militar e civil.
4.9.2 Classificação Quanto ao Público Utilizador, Objetivos de precisão e Investimento Atualmente, há uma grande quantidade de receptores disponíveis no mercado, com os mais variados preços, configurações e para as mais diversas aplicações. Assim, no que diz respeito a classificação quanto ao público utilizador, temos ainda conforme Rosa (20047 apud PROJETO TAQUARI-ANTAS, 2009), a divisão dos equipamentos GPS em cinco grupos, segundo os objetivos de precisão e investimento: Navegação, DGPS, Cadastral, Topográfico e Geodésico.
• Navegação - fornecem o posicionamento em Tempo Real, baseado no código C/A. Eles trabalham com pseudodistâncias obtendo-se precisão da ordem de 10 a 20 metros.
• DGPS - semelhantes aos GPS de navegação, porém possuem um Link de Rádio, utilizado para receber as correções diferenciais provenientes de uma estação base. Através dessas correções em tempo real, consegue-se eliminar o maior erro do GPS que é o AS, obtendo-se precisão da ordem de 1 a 3 metros.
7 ROSA, R. Cartografia básica. Uberlândia: UFU, IG, 2004. 71 p.
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• Cadastral - inclui os aparelhos que trabalham com código C/A e os que trabalham com a fase da portadora L1. O pós-processamento é executado em escritório, através da utilização de softwere específico. A grande diferença deste equipamento é a sua capacidade de aquisição e armazenamento de dados alfanuméricos associados às feições espaciais levantadas (ponto, linha e área), permitindo realizar cadastros para SIG. Dependendo do método e do aparelho utilizado, conseguem-se precisões de 10 centímetros a 1 metro.
• Topográficos - poderiam ser considerados iguais aos cadastrais, contudo possuem evoluções tecnológicas no próprio aparelho que acarretam numa melhora da precisão, podendo chegar até 1 centímetro. Utilizados em geral para levantamentos destinados a demarcação de terras.
• Geodésicos - aparelhos de dupla frequência, recebendo a frequência L1 e a frequência L2. Esses aparelhos sofrem menos interferência da ionosfera. Estes aparelhos, com seus sofisticados recursos eletrônicos, consegue-se precisões diferenciais pós-processada da ordem de 5 mm + 1 ppm, são indicados para trabalhos geodésicos de alta precisão, como por exemplo transporte de coordenadas.
4.9.3 Classificação dos Receptores GPS, Quanto ao Tipo de Dados Recebidos (ROQUE, 2006) Podem ser classificados em: • Receptores de Código C/A – mais comumente chamados de receptores de navegação, possuem precisão de posicionamento da ordem de 18 m; • Receptores L 1 – utilizados em georreferenciamento para determinação das coordenadas dos vértices das propriedades e, através de técnicas específicas, transporte de coordenadas; Possui precisão absoluta da ordem de 18 m, e, quando utilizado em método relativo, sua precisão pode chegar na ordem do centímetro; • Receptores L 1 e Código C/A – mesma aplicação que os equipamentos anteriores; • Receptores L 1 e L 2 – São mais precisos, por utilizarem o sinal das duas portadoras, e, conforme o tempo de rastreio podem chegar a precisões da ordem do milímetro. Utilizados em georreferenciamento principalmente para transporte de coordenadas; • Receptores L 1 e L 2 mais o código C/A;
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• Receptores L 1 e L 2 mais os códigos C/A e P – utilizados por usuários autorizados, possibilitam a determinação absoluta de coordenadas precisas. No georreferenciamento, devido aos componentes custo e precisão, os receptores mais utilizados são o L1 e L1/L2. Com o receptor L 2 se determinam as coordenadas do ponto de base da propriedade, e com o L 1 se faz o rastreio dos vértices da área, pelo método relativo, com relação as coordenadas da base.
4.9.4 Classificação dos Receptores Quanto ao Posicionamento Posicionamento é a determinação da posição de objetos com relação a um referencial específico. Quando o objeto posicionado encontra-se em repouso, tem-se o posicionamento estático. Já o posicionamento cinemático refere-se a objetos em movimento. O posicionamento poderá ocorrer em tempo real ou pós-processado. Na primeira situação, a estimativa das coordenadas do objeto ocorre praticamente no mesmo instante que as observações GPS são coletadas. No posicionamento pós-processado, as coordenadas são calculadas após à coleta das observações. Em se tratando de posicionamento por GPS, têm-se os seguintes métodos de posicionamento: a) Posicionamento absoluto (estático ou cinemático); b) Posicionamento relativo (estático ou cinemático); e c) Posicionamento Diferencial GPS (DGPS).
4.9.4.1 Posicionamento Absoluto Também chamado “Posicionamento por Ponto”, é a situação mais simples de cálculo da posição de um único receptor GPS. É amplamente empregado em navegação, onde não seja necessária uma grande precisão. No método absoluto ou posicionamento por ponto, a posição é vinculada ao sistema de referência associado ao GPS, WGS-84, e calculada, através de efemérides transmitidas (tempo entre satélite e o receptor) com observação da fase do código de no mínimo quatro satélites. É disponibilizado por dois tipos de serviço, de acordo com a precisão fornecida: SPS (Standard Positioning System), com observação do código C/A, e PPS (Precise Positioning System), a partir do código P. Com a desativação da SA (Selective Availability) a performance de ambos os serviços é praticamente idêntica. A maioria dos receptores empregados em navegação realiza observações de pseudodistâncias, obtidas a partir do rastreio do código C/A. O receptor obtém sua
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posição em duas dimensões (latitude e longitude), processando as pseudodistâncias de, no mínimo, 3 satélites. Para um posicionamento em três dimensões (incluindo altitude), é necessária a inclusão de um quarto satélite.
Figura 13 – Posicionamento absoluto (por ponto)
4.9.4.2 Posicionamento Relativo A realização do posicionamento relativo pressupõe a existência de, pelo menos, dois receptores GPS, onde um destes servirá de referência para o cálculo das coordenadas do outro. A linha imaginária direta que une os dois receptores é denominada linha de base. Normalmente este método de posicionamento é empregado em aplicações que requeiram grandes precisões, tais como levantamentos hidrográficos de ordem especial, ou trabalhos geodésicos. Nestes casos são empregados receptores GPS, normalmente de dupla frequência, capazes de rastrear não somente o código C/A, mas também a fase da onda portadora. O conceito fundamental do posicionamento relativo é que ambos os receptores rastreiem, pelo menos, dois satélites em comum. Isto ocorre devido ao algoritmo empregado para o cálculo das posições, além disso, a simultaneidade de observações contribui para a eliminação de muitos erros, que tenham o mesmo comportamento em ambas as estações. Dependendo do método de aquisição das observações, em função da necessidade do usuário, o posicionamento relativo poderá ser denominado:
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Figura 14 - Posicionamento relativo
a) Relativo Estático: normalmente associado a aplicações que requeiram alta precisão, permitindo o emprego de longas linhas de base. Neste método, a sessão de rastreio se estende por um longo período. b) Relativo Estático Rápido: segue o mesmo princípio do posicionamento estático, porém os tempos de rastreio são mais curtos. Destinam-se a aplicações topográficas que requeiram alta produtividade, tais como coleta de pontos de apoio. Por não haver necessidade de manter o receptor coletando dados no deslocamento entre os vértices de interesse, esse método é uma alternativa para os casos onde ocorram obstruções no intervalo entre os vértices de interesse. c) Relativo Semi-Cinemático (stop and go): este método de posicionamento é uma transição entre o estático-rápido e o cinemático. 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
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outro. Quanto maior a duração da sessão de levantamento com a coleta de dados íntegros, sem perdas de ciclos, melhor a precisão na determinação de coordenadas. Como é necessário coletar dados no deslocamento entre os vértices de interesse, este método não deve ser usado em locais que possuam muitas obstruções. Como os limites de imóveis rurais geralmente estão situados em locais nessas condições, os profissionais devem ficar atentos quanto à utilização deste método, pois os resultados em termos de precisão podem estar fora dos padrões estabelecidos. d) Relativo Cinemático: nas técnicas anteriores, ambos os receptores permaneciam estáticos, permitindo o cálculo de uma determinada coordenada. No posicionamento relativo cinemático, um dos receptores permanece estático (base ou referência), enquanto o outro receptor (móvel) se desloca, coletando observações que permitirão o cálculo de sua trajetória. As coordenadas desta trajetória poderão ser pós-processadas, ou seja, calculadas após a coleta das observações, ou obtidas em tempo real, configurando o método conhecido como RTK (Real Time Kinematic).
4.9.4.3 Posicionamento Diferencial GPS (DGPS) É um método de posicionamento que tem por objetivo a eliminação de erros comuns no conjunto de equipamentos utilizados, localizados numa mesma área, com o intuito de se obter coordenadas com melhores precisões possíveis. Os erros comuns são causados por alguns fatores, tais como: erros dos relógios e a variação na propagação dos sinais nas camadas da atmosfera. Se a antena receptora for colocada numa estação de coordenadas conhecidas (estação de referência), as diferenças entre as coordenadas conhecidas e as coordenadas geradas pelo receptor apresentam-se como erros. Estes erros variam, ao longo das observações, tornando-se necessário a definição de valores precisos para a estação móvel. Uma maneira de resolver este problema é armazenar os dados dos receptores e realizar as correções, no pós-processamento; outra forma é transmitir os dados da estação de referência para a antena remota. Neste caso, os erros são calculados pelo receptor da estação de referência, em tempo - real, definindo assim o método de levantamento diferencial que foi idealizado para garantir e aumentar a precisão e a segurança na navegação, principalmente na aproximação de navios para atracarem nos portos.
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No método diferencial em tempo real, uma antena receptora é instalada (fixada) num ponto tomado como referência (de coordenadas conhecidas) e outra antena receptora é instalada sobre o ponto que se deseja conhecer. As coordenadas do ponto de interesse podem ser determinadas através do código e/ou fase da portadora e serem corrigidas a partir de informações emitidas pelo receptor fixo. As correções diferenciais são transmitidas pelo receptor fixo para o receptor móvel através de um “link” de rádio ou outro meio de comunicação. A integridade do sistema vem apresentando uma melhoria em razão da possibilidade de detecção de erros nas efemérides e/ou nos dados de correção dos relógios. O posicionamento diferencial é muito versátil quando o trabalho requer precisão. A aplicação deste método tem crescido substancialmente em face as precisões alcançadas. No Brasil esta técnica tem sido empregada a partir de uma rede de estações de referência DGPS baseadas em radiofaróis, que transmitem correções diferenciais através dos sistemas de rádio navegação, com o propósito de melhorar a acurácia da navegação marítima em portos e canais de acesso. Figura 15 – Princípio do Método Diferencial Fonte: Mundo Geo (2005)
4.9.4.4 Posicionamento Por Ponto Preciso (PPP) O posicionamento por ponto, também conhecido como posicionamento absoluto ou isolado, requer somente a utilização de apenas um receptor e pode
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estar associado a dois tipos de referenciais geodésicos (WGS 84 e ITRF) dependendo do tipo das efemérides (transmitidas e precisas) a serem utilizadas para determinar as coordenadas. Sendo assim, o posicionamento por ponto pode ser dividido em dois grupos: posicionamento por ponto simples que utiliza-se de efemérides transmitidas e a pseudodistância através do código como observável e o PPP que está associado ao uso das efemérides precisas com as observáveis pseudodistância e/ou fase da onda portadora. O PPP é na atualidade, um método de posicionamento com uma grande potencialidade para obtenção de coordenadas com alto nível de qualidade utilizando apenas um receptor. A essa qualidade estão associados dois aspectos importantes: O primeiro está relacionado a disponibilidade de informações (efemérides precisas e as correções precisas dos relógios dos satélites) pelo IGS e centros associados, sem nenhum custo (MATSUOKA et al., 20098 apud PERDIGÂO; SANTOS, 2010). O IGS produz atualmente três tipos de efemérides e correções dos satélites, que são as efemérides IGS (precisas), IGR (rápidas) e IGU (ultrarrápidas), disponibilizadas num período de 13 dias, 17 horas e 3 horas, respectivamente. O segundo atenta-se a fato de ter que considerar como observável no processamento a combinação linear da ionosfera (íon-free) para a fase da onda portadora e/ou código, que implica um receptor de dupla frequência (MATSUOKA et al., 2009). Os receptores de uma frequência também tem sido utilizados no PPP, porém limitando-se a baixas precisões. A grande contribuição aos usuários é que o IBGE-PPP processa dados GNSS que foram coletados no modo estático ou cinemático de receptores de uma ou de dupla frequência. Salienta-se que são aceitos somente dados GNSS que foram rastreados após o dia 25 de fevereiro de 2005, pois foi a partir desta data que o sistema SIRGAS2000 foi adotado oficialmente no Brasil. No site, http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/ppp/default.shtm, o IBGE indica todas informações necessárias ao acesso e formas de execução, como: Arquivos necessários para o processamento Aplicabilidade
8 MATSUOKA, M.T.; AZAMBUJA, J.L.F.; SOUZA, S.Z. Potencialidades do serviço on-line de Posicionamento por Ponto Preciso (CSRS-PPP) em aplicações geodésicas. Gaea – Journal of Geoscience, v. 5, n. 1, p. 42-49, Jan./June 2009.
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Tempo mínimo de rastreio GPS processado pelo PPP Suporte ao Usuário Este método de posicionamento é muito útil para pontos em regiões remotas ou para novos pontos de uma rede de referência, simplifica os problemas geodésicos uma vez que minimiza a dependência de pontos de redes existentes, antenas de referência e satélite de referência.
4.9.4.5 Posicionamento em RTK O RTK é uma técnica de levantamento baseada no posicionamento relativo da portadora, com precisão de poucos centímetros em tempo real. Para a realização de um levantamento RTK convencional é necessário um receptor instalado em uma estação com coordenadas conhecidas, denominado de estação de referência ou base RTK, um receptor móvel (rover), e um rádio de comunicação para enviar os dados da estação de referência RTK ao receptor móvel. O link de comunicação entre a estação de referência e o receptor móvel, desempenha um papel fundamental para o sucesso do levantamento RTK, porque as correções da estação de referência têm que chegar ao receptor móvel em tempo real. Um fator que limita a área de abrangência para a realização do RTK é o alcance da transmissão das ondas de rádio, pois se existirem obstáculos entre a referência e o receptor móvel a precisão esperada não será alcançada. Além disso, devido ao fato da separação entre dois canais de rádio ser estreita, o sinal pode receber a interferência de outros usuários trabalhando na mesma banda de frequência reduzindo a qualidade do levantamento. Uma das alternativas para contornar este problema é trocar o link de rádio pela comunicação via modem GSM (Global System of Mobile), mas fica atrelada a disponibilidade dos serviços de telefonia celular na área de trabalho. A Comissão Técnica de Rádio para Serviços Marítimos (RTCM – Radio Technical Comission for Maritime Services) padronizou em 2004 os formatos para transmissão de dados RTK, para o RTCM, adotando - o como padrão para a transmissão de dados GNSS em levantamentos estáticos ou cinemáticos (WEBER, 2006). A crescente disponibilidade dos serviços de Internet, da telefonia celular, do tipo GSM, GPRS, modem 3G foi o grande fator motivador para o desenvolvimento dos várias formas de levantamento RTK em rede: NTRIP, IP, GSM.
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Satélite1 satélite2 satélite3 satélite4 Base Rádio Receptor(móvel) com Rádio
Figura 16 - Técnica, RTK/UHF (Tradicional) Fonte: Guandalini (2012)
4.9.4.6 Sistema NTRIP O NTRIP foi desenhado de forma a distribuir dados GNSS continuamente a um receptor estático ou móvel via Internet, inclusive a wireless. O NTRIP é um protocolo concebido de forma a disseminar correções diferenciais ou outros tipos de dados GNSS em fluxos contínuos através da Internet. As principais características são: - está baseado em HTTP (Hipertext Transfer Protocol); - têm a disponibilidade de distribuir qualquer tipo de dados GNSS em fluxo; - têm a capacidade de aceitar uma grande quantidade de usuários simultaneamente; - o acesso aos dados é realizado de forma segura sem a necessidade de o usuário estar em contato direto com as estações de referência; - está habilitado a fornecer o fluxo de dados através de qualquer rede móvel TCP/IP (Transfer Control Protocol / Internet Protocol);
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- a largura de banda necessária para disseminar as correções GNSS é relativamente pequena. Aproximadamente 0,5 Kb/s para DGPS e 5Kb/s para RTK (GONZÁLEZ-MATESANZ9 et al., 2004 apud COSTA et al., 2008). O NTRIP é basicamente composto por três componentes; o NTRIP Server, o NTRIP Caster e o NTRIP Client (DAMMALAGE10 et al., 2008 apud COSTA et al., 2008).
Figura 17 – Componentes do NTRIP
Fonte: Costa et al. (2008)
4.9.4.6.1 NTRIP Server O NTRIP Server é o aplicativo que cria um canal de transferência de dados entre o receptor GNSS instalado em uma estação de referência e o NTRIP Caster
4.9.4.6.2 NTRIP Caster O NTRIP Caster é o distribuidor dos dados RTCM pela Internet para os usuários. Ele é um aplicativo que preferencialmente deve ficar instalado em um servidor do Centro de Controle de dados de uma Rede de Referência, como por exemplo, a RBMC. O Caster tem uma tecnologia similar à das estações de rádio na Internet, onde existe um programa musical e milhares de ouvintes que podem se
9 GONZALEZ-MATESANZ, F.J. et al. El Proyecto EUREF-IP, Resultados con GPRS. In: ASAMBLEA HISPANO-PORTUGUESA DE GEODESIA Y GEOFÍSICA, 4., 2004, Figueira da Foz.
10 DAMMALAGE, T.L. et al. Potential accuracy and practical benefits of NTRIP protocol over conventional RTK and DGPS observation method. Disponível em: <http://www.gisdevelopment.net/technology/gps/ma06_102.htm>. Acesso: 17 jul. 2008.
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sintonizar. Neste Caster convergem várias estações de referência e cada uma delas tem um nome identificador denominado de mountpoint. No Caster existe uma Tabela (sourcetable) com todos os mountpoints que chegam nele e as suas respectivas configurações e informações. A responsabilidade do Caster além da distribuição das correções GNSS é verificar a qualidade e integridade dos dados recebidos e a autenticação dos usuários através de login e senha de acesso.
4.9.4.6.3 NTRIP Client Este é um aplicativo que se instala em um computador LAP TOP, PDA ou celular, que esteja conectado a um receptor rover para que este possa ter as correções transmitidas pelo Caster. O acesso as correções é realizada selecionando no NTRIP client um dos mountpoins que estão na tabela do NTRIP Caster. A ligação entre o LAPTOP, PDA e celular, e o receptor rover pode ser de várias formas: via Bluetooth, portas USB e serial. A comunicação entre LAPTOP, PDA e celular com o CASTER é realizada através de GSM, GPRS ou modem 3G. O receptor rover poderá ser um navegador, rastreando somente código, o qual receberá correções DGPS ou um receptor de simples ou dupla freqüência, o qual receberá correções RTK. Em alguns casos o receptor rover já consegue acessar o Caster diretamente sem a necessidade de um computador ou PDA, funcionando como Client (COSTA et al., 2008).
4.10 Norma Técnica de Georreferenciamento de Imóveis Rurais
O INCRA através de Normas Técnicas e Manuais vem orientando os profissionais envolvido com o georreferenciameto, com critério baseado na ABNT
4.10.1 Primeira Norma (Novembro 2003) (INCRA, 2003).
Esta norma (manual) vem para proporcionar aos profissionais que atuam nesta área, padrões claros de precisão e acurácia para a execução de levantamentos topográficos voltados para o georreferenciamento de imóveis rurais. Assegurar a homogeneidade e a sistematização das operações geodésicas, topográficas e cadastrais, garantindo ao proprietário confiabilidade na geometria descritiva do imóvel rural, de forma a eliminar conflitos decorrentes de sobreposição de limites dos imóveis vizinhos.
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4.10.1.1 Definições mais Relevantes
Toda a infraestrutura geodésica, indispensável aos trabalhos de georreferenciamento, deverá ser obtida de dados fundamentais do Sistema Geodésico Brasileiro, oriundos exclusivamente de:
a) redes geodésicas estaduais estabelecidas a partir do rastreamento de sinais de satélites de posicionamento e homologadas pelo IBGE;
b) vértices da rede fundamental (1ª ordem) brasileira, desde que os mesmos tenham sido reocupados com rastreadores de sinais do GPS, e suas novas coordenadas homologadas pelo IBGE;
c) estações ativas receptoras de sinais de satélites do GPS, da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo - RBMC/IBGE;
d) estações ativas receptoras de sinais de satélites do GPS, da Rede INCRA de Bases Comunitárias do GPS – RIBaC, quando homologadas;
e) estações ativas receptoras de sinais de satélites do GPS, pertencentes a outros órgãos públicos ou empresas privadas, desde que homologadas pelo IBGE;
f) linhas de nivelamento geométrico e/ou redes trigonométricas, quando necessárias ao apoio vertical, homologadas pelo IBGE;
Quando uso de transporte de coordenadas pelo método convencional, é indispensável a utilização de dois vértices distintos das redes supra citadas.
- PADRÕES DE PRECISÃO E ACURÁCIA
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