Experimento no PPS

Com o objetivo de avaliar os efeitos da cintila¸c˜ao ionosf´erica em um m´etodo de baixa acur´acia – o Posicionamento por Ponto Simples (PPS) – foram processados dados das esta¸c˜oes pertencentes `a RBMC. Tal processamento foi efetuado com o software que deno- minamos PPS On-line, o qual foi desenvolvido ao longo desta Pesquisa. O PPS On-line processa observ´aveis de pseudodistˆancias GPS obtidas pelo c´odigo C/A; s˜ao aplicados os modelos de Klobuchar e de Hopfield para atenua¸c˜ao dos efeitos da refra¸c˜ao da ionosfera e da troposfera, respectivamente (VANI; MONICO; SHIMABUKURO, 2013b). Diferen- temente do software Gipsy, o PPS On-line n˜ao efetua filtragens sobre as observ´aveis e nem recorre a processos de suaviza¸c˜ao no processamento. Desta forma, in´umeras fontes de erro est˜ao presentes al´em das cintila¸c˜oes. Para cada esta¸c˜ao, foram obtidas solu¸c˜oes posicionais advindas do processamento de uma ´epoca de dados a cada cinco minutos. Estas solu¸c˜oes, bem como as estimativas de precis˜ao, foram armazenadas em uma tabela no banco de dados para posterior an´alise.

A visualiza¸c˜ao dos resultados envolvendo os dados de toda a rede foi implementada atrav´es de um mapa naveg´avel no qual pode-se apresentar, por exemplo, o erro resul- tante ou o desvio-padr˜ao da solu¸c˜ao em cada esta¸c˜ao em determinada ´epoca atrav´es de c´ırculos proporcionais. Um exemplo ´e apresentado na Figura 78. Atrav´es da intera¸c˜ao com o mouse, mais detalhes s˜ao apresentados (nome da esta¸c˜ao, erro e desvio-padr˜ao nas componentes e resultantes).

Atrav´es da an´alise de mapas como o apresentado na Figura 78 em diferentes ´epocas, ´e poss´ıvel observar se ocorre a caracteriza¸c˜ao dos efeitos causados pela cintila¸c˜ao em larga escala. Um exemplo ´e apresentado na Figura 79. `A esquerda ´e apresentado o mapa de c´ırculos proporcionais `a resultante do desvio-padr˜ao das componentes para o dia 05 de Dezembro de 2013, `as 0h UTC. ´E poss´ıvel notar que h´a uma predominˆancia de c´ırculos maiores na regi˜ao sudeste em rela¸c˜ao ao restante do pa´ıs. Ao confrontar-se com o mapa da direita – onde s˜ao representados os desvios-padr˜ao do ´ındice S4 nos pierce-points considerando-se todos os sat´elites dispon´ıveis no intervalo de uma hora antes e uma hora depois da ´epoca do processamento – ´e poss´ıvel associar tal comportamento `a incidˆencia de significativa cintila¸c˜ao.

Figura 78: Representa¸c˜ao de c´ırculos com raios proporcionais ao desvio-padr˜ao resultante – Modo PPS, dia 14/11/2013 12:00 UTC.

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Conclus˜ao

Com o objetivo de estender as possibilidades de an´alise explorat´oria dos dados de monitoramento da cintila¸c˜ao ionosf´erica, foram investigadas t´ecnicas de minera¸c˜ao e vi- sualiza¸c˜ao de dados, as quais foram posteriormente aplicadas atrav´es do software ISMR Query Tool. Os recursos implementados serviram de suporte `a realiza¸c˜ao de an´alises e experimentos com base nos dados de monitoramento dispon´ıveis atrav´es da Rede CIGA- LA/CALIBRA, como a avalia¸c˜ao de aspectos acerca da varia¸c˜ao temporal e espacial das cintila¸c˜oes. Tais recursos podem subsidiar diversos estudos neste contexto, tais como a modelagem da cintila¸c˜ao ionosf´erica no Brasil e a deriva¸c˜ao de estrat´egias de mitiga¸c˜ao.

Os experimentos demostraram que, de uma forma geral, as ´epocas do ano mais afeta- das pela cintila¸c˜ao est˜ao compreendidas nos intervalos de janeiro a mar¸co e de outubro a dezembro, com predominˆancia de picos de alto ´ındice S4 entre 21h e 23h no hor´ario local com varia¸c˜oes peculiares de acordo com a localiza¸c˜ao na regi˜ao brasileira. Em rela¸c˜ao `a dimens˜ao espacial da ocorrˆencia de cintila¸c˜oes no Brasil, os dados evidenciaram o aspecto de predominˆancia de eventos de cintila¸c˜ao em regi˜oes localizadas ao norte e ao sul do equador geomagn´etico (cerca de 10o

a 20o

). As an´alises demonstraram que pode haver maior suscetibilidade de ocorrˆencia de cintila¸c˜oes em sat´elites espec´ıficos de acordo com a geometria dos mesmos. Os resultados tamb´em demonstraram que as constela¸c˜oes GPS, GLONASS e Galileo apresentaram resultados similares na classifica¸c˜ao do ´ındice S4 para cintila¸c˜oes fracas, moderadas e fortes com a t´ecnica SAX ao longo de um ano.

A ferramenta ISMR Query Tool foi disponibilizada atrav´es da Internet ao longo desta pesquisa, sendo caracterizada portanto como um servi¸co web que complementa a infra- estrutura de monitoramento. A disponibiliza¸c˜ao das t´ecnicas estudadas e implementadas representa uma contribui¸c˜ao significativa para as Ciˆencias Cartogr´aficas e Geod´esicas, bem como para os estudos relacionados `a cintila¸c˜ao em outras ´areas de conhecimento. Pode-se

afirmar que dentre os recursos oferecidos a principal caracter´ıstica ´e a possibilidade de se identificar rapidamente se houve ou n˜ao cintila¸c˜ao em um cen´ario de grande volume de dados de monitoramento. Este aspecto pode ser levado em considera¸c˜ao em diferentes contextos – por exemplo, pode-se verificar se resultados degradados em levantamentos com GNSS est˜ao associados `a ocorrˆencia de cintila¸c˜ao. Destaca-se que ao longo do per´ıodo de realiza¸c˜ao desta pesquisa, diversos pesquisadores puderam usufruir dos recursos ofereci- dos atrav´es da Internet. Dentre estes, destacam-se os alunos de mestrado e doutorado do PPGCC, alunos de inicia¸c˜ao cient´ıfica, pesquisadores e parceiros envolvidos nos projetos CIGALA e CALIBRA e pesquisadores de outras institui¸c˜oes – como o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e o Instituto de Ciˆencias Matem´aticas e Computa¸c˜ao da Universidade de S˜ao Paulo (ICMC-USP). Destaca-se ainda que no per´ıodo compreendido entre Mar¸co a Dezembro de 2013, cerca de 5.000 consultas foram realizadas atrav´es da ferramenta.

Foram aplicados os m´etodos de posicionamento PPP e PPS com o objetivo de se iden- tificar o quanto o posicionamento est´a sendo degradado pela cintila¸c˜ao ionosf´erica. Desta forma, pode-se comparar ´ındices de monitoramento de cintila¸c˜ao com indicadores de acu- r´acia do posicionamento GNSS. Alguns resultados foram apresentados, mas ´e importante destacar que h´a uma margem extensa para a realiza¸c˜ao de novos estudos. No contexto dos m´etodos de posicionamento, diversas configura¸c˜oes e distintos softwares podem ser aplicados para a gera¸c˜ao dos resultados. J´a no contexto da an´alise e explora¸c˜ao dos re- sultados, outras estrat´egias de visualiza¸c˜ao e representa¸c˜oes tem´aticas podem ser objeto de estudos adicionais.

Um aspecto importante a destacar ´e o uso de bibliotecas de c´odigo-fonte aberto e de softwares livres ao longo do desenvolvimento desta pesquisa. Os esfor¸cos envidados pela comunidade de software livre permitem a otimiza¸c˜ao e o aproveitamento de recursos sem restri¸c˜oes burocr´aticas, acarretando em eficiˆencia aos desenvolvedores e consequentemente benef´ıcios aos usu´arios finais e aos pesquisadores.

Como continuidade a este trabalho, recomenda-se a aplica¸c˜ao de conceitos de an´alise estat´ıstica – em sucess˜ao `a an´alise explorat´oria aqui abordada. Com isso, os recursos dispon´ıveis na ISMR Query Tool podem ser enriquecidos com algumas caracter´ısticas, tais como a determina¸c˜ao de quantis, propriedades de distribui¸c˜ao dos dados e an´alise de correla¸c˜oes. No campo das Ciˆencias da Computa¸c˜ao, recomenda-se a realiza¸c˜ao de estudos referentes `a otimiza¸c˜ao de consultas aos dados e `a estrat´egias alternativas de modelagem de dados espaciais e temporais.

Em rela¸c˜ao a t´ecnicas de minera¸c˜ao de dados, a abordagem proposta pela t´ecnica SAX foi utilizada nesta pesquisa. Os resultados foram promissores, j´a que permitiram obter aspectos descritivos acerca do comportamento da cintila¸c˜ao ionosf´erica com mais eficiˆencia, al´em de permitir a realiza¸c˜ao de testes comparativos atrav´es da aplica¸c˜ao de limiares emp´ıricos. A determina¸c˜ao da largura de janelas, bem como do passo entre janelas consecutivas, pode ser objeto de estudos adicionais, j´a que estes parˆametros podem agregar mais eficiˆencia na determina¸c˜ao dos resultados com um maior controle sobre o preju´ızo `a informa¸c˜ao.

Recomenda-se a aplica¸c˜ao de outras abordagens de minera¸c˜ao de dados – inclusive abordagens preditivas nos contextos temporal e espacial –, uma vez que a infraestrutura de base, que pode representar at´e 70% do tempo desprendido para a realiza¸c˜ao de projetos deste tipo, est´a organizada e funcional. Ressalta-se que a predi¸c˜ao de fenˆomenos de cintila¸c˜ao tem destacada importˆancia para os usu´arios do GNSS, uma vez que pode servir de base para estrat´egias de mitiga¸c˜ao, ou simplesmente para atividades de planejamento. Em rela¸c˜ao `a mitiga¸c˜ao da cintila¸c˜ao ionosf´erica no posicionamento GNSS, um experi- mento foi apresentado utilizando-se o m´etodo PPP. Os resultados obtidos demonstraram que a visualiza¸c˜ao de atributos de monitoramento tem importante contribui¸c˜ao para a identifica¸c˜ao de observa¸c˜oes degradadas pela cintila¸c˜ao e posterior deriva¸c˜ao de melhorias no processamento atrav´es da exclus˜ao das mesmas. A modelagem e a operacionaliza¸c˜ao deste tipo de abordagem ou outros tipos de corre¸c˜oes tamb´em figuram como uma vertente para trabalhos futuros. Com a expans˜ao da rede de monitoramento e a densifica¸c˜ao de esta¸c˜oes em algumas regi˜oes, tem-se a base necess´aria para a realiza¸c˜ao de estudos rela- cionados `a cintila¸c˜ao em m´etodos de posicionamento baseados em redes, onde corre¸c˜oes relacionadas `a cintila¸c˜ao podem ser derivadas `a partir dos dados de monitoramento de todas esta¸c˜oes da rede.

Recomenda-se tamb´em a realiza¸c˜ao de an´alises referentes `a simultaneidade de cintila- ¸c˜oes em diferentes sat´elites. Este tipo de an´alise pode ser empregado para determina¸c˜ao de variˆancias e principalmente de covariˆancias em modelagens estoc´asticas adequadas ao cen´ario de cintila¸c˜ao ionosf´erica. Este tipo de an´alise pode ser suportado pelas t´ecnicas de visualiza¸c˜ao implementadas nesta pesquisa, como exemplo, por meio de horizon charts.

Investiga¸c˜oes sobre a deriva¸c˜ao de ´ındices de cintila¸c˜ao em receptores convencionais tamb´em s˜ao importantes. Com tal aspecto, a cintila¸c˜ao poderia ser melhor estudada no Brasil atrav´es da RBMC, a qual apresenta uma densidade superior `a Rede CIGALA/CA- LIBRA.

Ressalta-se que os resultados obtidos nesta pesquisa podem fazer parte de um servi¸co de monitoramento da ionosfera. As funcionalidades desenvolvidas podem integrar um sistema de m´ultiplas vis˜oes coordenadas, onde intera¸c˜oes com um tipo de visualiza¸c˜ao s˜ao imediatamente ligadas a outras representa¸c˜oes visuais.

Ressalta-se, por fim, a rela¸c˜ao forte de multidisciplinaridade entre as Ciˆencias Carto- gr´aficas e as Ciˆencias da Computa¸c˜ao, a qual figura como uma valiosa fonte de recursos para a solu¸c˜ao de problemas e alcance de melhorias no Posicionamento GNSS.