3.2 Dados
3.2.2 Dados dos sat´ elites altim´ etricos radar Envisat, Saral e Sentinel-3A
Tipos de dados e aquisi¸c˜ao
Os dados gerados por altimetria radar, atrav´es dos sensores a bordo dos sat´elites, s˜ao disponibilizados gratuitamente pelas agˆencias espaciais respons´aveis pelas miss˜oes. Os
Tabela 3.5: Referˆencias de n´ıvel global (RNG) obtida com o nivelamento das r´eguas limnim´etricas com a utiliza¸c˜ao de GPS geod´esico.
Referˆencia Latitude Longitude N´ıvel
C´odigo Nome de N´ıvel Local Geom´etrico
mm GMS GMS m 41350000 Pirapora Barreiro 5589 -17 22’ 09,30” -44 56’ 35,25” 487,32 Barreiro 42210000 Cachoeira 11165 -17 22’ 09,30” -44 56’ 35,25” 472,20 da Manteiga 43200000 S˜ao Rom˜ao 10615 -16 22’ 18,43” -45 03’ 59,07” 467,96 44500000 Manga 10517 -14 45’ 33,48” -43 55’ 58,86” 444,29 44290002 Pedras de Maria da Cruz? 11480 -15 36’ 01,64” -44 23’ 43,70” 455,98
? O nivelamento geom´etrico da esta¸c˜ao de Pedras de Maria da Cruz foi realizado durante
este trabalho e n˜ao pela CPRM.
arquivos est˜ao em diferentes n´ıveis de processamento, o que influencia diretamente na qualidade do dado.
O Fast Delivery Geophysical Data Record (FDGDR) ´e gerado quase que em tempo real, classificado no n´ıvel 1B e n˜ao conta com corre¸c˜oes feitas a partir dos instrumentos de calibra¸c˜ao. O Interim Geophysical Data Record (IGDR) ´e gerado a partir do p´os- processamento dos dados inconsolidados e ´e disponibilizado entre trˆes e cinco dias ap´os a passagem do sat´elite, esse n´ıvel de corre¸c˜ao utiliza dados auxiliares e a ´orbita preliminar do DORIS4. O Geophysical Data Record (GDR) tamb´em ´e gerado no p´os-
processamento e leva entre trˆes e quatro semanas para ser disponibilizado, a principal diferen¸ca em rela¸c˜ao ao IGDR ´e a utiliza¸c˜ao dos dados consolidados adquiridos pelos instrumentos de calibra¸c˜ao. O ultimo tipo de dado ´e o SGDR, esses s˜ao essencialmente iguais aos GDR, mas com a inser¸c˜ao das formas de onda corrigidas para o n´ıvel 1B (Baker et al., 2002; Bronner et al., 2013).
O s´ıtio da Agˆencia Espacial Europeia (ESA)5 fornece os dados adquiridos pelo sensor Envisat. Essa miss˜ao foi lan¸cada em 2002 e esteve operacional at´e o ano de 2012, quando a comunica¸c˜ao entre as esta¸c˜oes de recebimento e o sat´elite foram perdidas. Em 2013 o sat´elite Saral foi lan¸cado e ocupou a mesma ´orbita do Envisat. Os dados do Saral podem ser obtidos no portal AVISO, o per´ıodo de opera¸c˜ao dessa miss˜ao foi menor que o de seu predecessor e est´a compreendido entre mar¸co de 2013 e julho de 2016 quando o sat´elite mudou para a fase denominada como Drifting Orbit. Na fase de deslocamento da ´orbita o sat´elite passou a realizar medi¸c˜oes ao longo da superf´ıcie terrestre sem que houvesse repeti¸c˜ao das ´orbitas, o que interrompeu a possibilidade de
4DORIS ´e um instrumento auxiliar respons´avel por fornecer informa¸c˜oes de posicionamento do
sat´elite em rela¸c˜ao `a superf´ıcie terrestre (Baker et al., 2002; Bronner et al., 2013)
uso dos dados para estudos temporais.
A miss˜ao Sentinel-3A, lan¸cada em 16 de fevereiro de 2016, tem seus dados dispo- nibilizados para download no portal da Agˆencia Espacial Europeia (ESA), atrav´es de uma interface que permite selecionar os dados a partir de sua localiza¸c˜ao geogr´afica6.
Formato dos dados, ferramentas de leitura e extra¸c˜ao
Os arquivos disponibilizados possuem um formato que n˜ao apresenta muitas platafor- mas comerciais para leitura, processamento, extra¸c˜ao e an´alise (Baker et al., 2002). Por isso, optou-se pelo desenvolvimento de ferramentas pr´oprias. A linguagem de pro- grama¸c˜ao Python7 foi escolhida devido a sua ampla utiliza¸c˜ao no meio cient´ıfico. As ferramentas desenvolvidas viabilizaram o trabalho com o formato espec´ıfico, al´em de facilitar o processamento do grande volume de dados.
Os arquivos de todos os sat´elites utilizados nesse trabalho s˜ao do formato Unidata’s Network Common Data Form (netCDF). Esse tipo de arquivo ´e conhecido por ser auto- descritivo, compat´ıvel com diversos sistemas operacionais e linguagens de programa¸c˜ao e, tamb´em, pela capacidade de armazenar dados de diferentes tipos. Os dados dos alt´ımetros utilizados neste trabalho possuem um padr˜ao de nome que facilita a sele¸c˜ao do arquivo a partir de seu tra¸co e ciclo (´orbita e data), um exemplo de nome desses arquivos est´a na Tabela 3.6, esse corresponde a um arquivo do sat´elite Saral.
Tabela 3.6: Arquivos netCDF - Saral.
Nome padr˜ao dos arquivos de dados altim´etricos radar
SRL <OIG>P<NRS> 2P<v><SP><c> <p> <ymd hms> <ymd hms>.a.nc
Vari´avel Descri¸c˜ao
OIG Categoria do dado (O: OGDR, I: IGDR, G:GDR)
NRS Tipo de produto (N: nativo, R: reduzido, S: sensor)
V Vers˜ao do produto
SP Dura¸c˜ao do produto (S: segmentar para OGDR, P: passar para (I)GDR)
c N´umero do ciclo do primeiro registro
p Numero do tra¸co do sat´elite (1 a 1002)
ymd hms Data do primeiro registro
ymd hms Data do ´ultimo registro
a Nome da agˆencia que gerou o dado (EUM,CNES, ESA, ISRO)
nc Extens˜ao netCDF
Exemplo SRL GPS 2PTP030 0835 20160122 084650 20160122 093708.CNES
Internamente os arquivos possuem diversas informa¸c˜oes, basicamente todos os sen-
6S´ıtio da internet para download de dados do Sentinel-3A: https://scihub.copernicus.eu/ 7https://www.python.org/
sores trazem aquelas que est˜ao na Tabela 3.7. Esses parˆametros variam principalmente em rela¸c˜ao `a frequˆencia do alt´ımetro, o Envisat, por exemplo, fornece os dados de altitude em frequˆencia de 18 Hz, enquanto que o Saral opera em 40 Hz (para mais destalhes sobre as caracter´ısticas de cada sat´elite consultar a Subse¸c˜ao 2.2.3).
Tabela 3.7: Parˆametros do sat´elite Envisat.
Parˆametros Descri¸c˜ao lat Latitude do ponto (1 Hz)
lon Longitude do ponto (1 Hz) mod wet tropo corr Varia¸c˜ao de umidade mod dry tropo corr Varia¸c˜ao de press˜ao ion corr doris ku Corre¸c˜ao ionosf´erica
alt cog ellip Altitude elipsoidal do sat´elite solid earth tide ht Corre¸c˜ao mar´e terrestre geocen pole tide ht Corre¸c˜ao mar´e polar
dsr time Data em n´umero de dias desde a entrada em opera¸c˜ao hz18 diff 1hz lat Latitude 18 Hz para interpola¸c˜ao de 1 Hz
hz18 diff 1hz lon Longitude 18 Hz para interpola¸c˜ao de 1hz hz18 ku ice1 ICE1 retracker
hz18 ku ice2 ICE2 retracker ku band ocean range Ocean retracker hz18 ku trk cog Valor do tracker
Para extrair os dados o c´odigo utiliza as informa¸c˜oes relativas ao ciclo, ao tra¸co e ao par de coordenadas acrescidos da distˆancia m´axima para a extra¸c˜ao em rela¸c˜ao a coor- denada informada. Os parˆametros necess´arios para a estimativa de altitude, inclu´ıdas as corre¸c˜oes f´ısicas e atmosf´ericas presentes na Tabela 3.7 s˜ao extra´ıdos. Durante a ex- tra¸c˜ao, alguns parˆametros precisam ser interpolados devido a frequˆencia de obten¸c˜ao desses, que n˜ao correspondem a das vari´aveis de altitude (ex.: model wet tropo corr, model dry tropo corr, iono corr gim, solid earth tide, pole tide). O c´alculo da estima- tiva da altitude est´a detalhado na Se¸c˜ao 4.1.
3.2.3
Dados GNSS
A utiliza¸c˜ao do sistema de posicionamento global de dupla frequˆencia (GPS-L1/L2) permite obter a posi¸c˜ao planim´etrica e altim´etrica com acur´acia milim´etrica. Esse tipo de m´etodo utiliza uma s´erie de suportes espaciais e terrestre, conhecido como Global Navigation Satellite System (GNSS) que ´e uma denomina¸c˜ao gen´erica para os sistemas de navega¸c˜ao de cobertura global (Monico, 2007). O GNSS conta com infraestrutu- ras espaciais, Satellite Based Augmentation System(SBAS), e terrestre Ground Based
Augmentation System (GBAS), que associadas aos sistemas de posicionamento e as constela¸c˜oes de sat´elite proporcionam maior acur´acia e confiabilidade dos dados obti- dos. Atualmente duas constela¸c˜oes de sat´elites s˜ao destinadas ao posicionamento, a Navigation System Using Timing and Ranging (NAVSTAR), estadunidense, e a Glo- balnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya (GLONAS), de origem russa. Os aparelhos utilizados para coleta possuem caracter´ısticas espec´ıficas que podem variar de acordo com a marca e o modelo, mas a maior parte deles faz uso das duas constela¸c˜oes de sat´elites de posicionamento existente8.
O aparelho de coleta de dados GPS L1/L2 ´e composto por um receptor, uma antena e faz uso de um trip´e para a instala¸c˜ao (Figura 3.5), esses elementos devem ser confi- gurados de acordo com as especifica¸c˜oes do fabricante. A sua correta utiliza¸c˜ao exige a ado¸c˜ao de uma s´erie de procedimentos que est˜ao diretamente associados `a qualidade das medidas, tais como a configura¸c˜ao do modo de coleta, do tipo de alimenta¸c˜ao, do ˆ
angulo de m´ascara, da indica¸c˜ao do tipo de antena e intervalo de grava¸c˜ao.
Figura 3.5: Aparelho de GPS da marca TopCon, modelo Hiper+ utilizado em campo. O aparelho est´a montado sobre um trip´e, a esquerda, e tamb´em sobre o marco geod´esico, a direita.
Os levantamentos em campo com os coletores GPS de dupla frequˆencia necessitam de dois aparelhos e fazem uso do m´etodo relativo. Um dos aparelhos ´e instalado em uma posi¸c˜ao conhecida e configurado como base. O segundo ´e deslocado para os locais em que se deseja conhecer a posi¸c˜ao, este ´e configurado como m´ovel. Para que a acur´acia seja alta ´e necess´ario que exista sobreposi¸c˜ao temporal das medi¸c˜oes feitas com os aparelhos base e m´ovel (Monico, 2007).
8Neste trabalho foi utilizado o aparelho TopCon, modelo Hiper+, cedido pelo Instituto Nacional
No Brasil, a Rede Brasileira de Monitoramento Cont´ınuo (RBMC), gerenciada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estat´ıstica (IBGE), realiza o monitoramento cont´ınuo de posi¸c˜oes atrav´es de aparelhos distribu´ıdos em pontos estrat´egicos. A RBMC facilita o levantamento geod´esico, uma vez que elimina a necessidade de ins- tala¸c˜ao de bases de monitoramento por parte do operador dos receptores geod´esicos.
Para realizar o levantamento de campo neste trabalho, foi adotado o m´etodo est´atico, em que os dois receptores registram simultaneamente as medidas de posi¸c˜ao e altitude. Neste tipo de levantamento ´e necess´ario que os aparelhos recebam o sinal de pelo menos 4 sat´elites simultaneamente. Em cada um dos pontos em que o aparelho configurado como m´ovel ´e instalado ´e necess´ario realizar a captura do sinal por pelos menos 30 minutos nos casos em que a linha de base, que ´e a distˆancia entre os dois aparelhos, seja de cerca 20 quilˆometros.
Ap´os a coleta dos dados, para que a acur´acia seja alta, ´e necess´ario a ado¸c˜ao de um m´etodo de p´os-processamento dos dados. O modo de Posicionamento de Ponto Preciso (PPP) ´e utilizado nos casos em que apenas um aparelho de GPS L1/L2 faz a coleta das medidas, sem a instala¸c˜ao de uma base. Neste caso s˜ao utilizados os dados da portadora e da carregadora, os dados de ´orbita precisa e de rel´ogio, para melhorar a precis˜ao do ponto medido. Contudo, o modo mais utilizado para o p´os-processamento ´e o Posicionamento Diferencial, este foi adotado neste trabalho devido a natureza do levantamento realizado, que conta com a existˆencia de dados de uma base fixa que ´e utilizada para incrementar a precis˜ao dos dados.
Neste trabalho o p´os-processamento foi feito atrav´es de um software espec´ıfico que utiliza como entrada os dados dos dois aparelhos, as coordenadas e altitudes conhecidas da base de referˆencia e as efem´erides do dia sat´elite. As efem´erides s˜ao informa¸c˜oes transmitidas pelos sat´elites ou observadas por esta¸c˜oes em terra que tem por objetivo informar a ´orbita precisa de todos os equipamentos da constela¸c˜ao GPS9. Os dados
p´os-processados s˜ao ent˜ao utilizados como base de informa¸c˜ao precisa utilizada para o nivelamento global das esta¸c˜oes fluviom´etricas.
9Para mais informa¸c˜oes sobre as efem´erides acesse o site: