Posicionamento pelo GNSS

Dentre as tecnologias de posicionamento pelo GNSS destaca-se o GPS, devido à alta acurácia proporcionada pelo sistema e ao desenvolvimento da tecnologia envolvida nos receptores, motivo pelo qual tem sido amplamente utilizada em levantamentos geodésicos, cartográficos, entre outros.

Os levantamentos cartográficos referem-se, de uma maneira geral, à determinação de coordenadas tridimensionais de feições sobre a superfície terrestre, sejam elas lineares e/ou pontuais destinadas tanto à retificação de imagens (aerofotogramétricas e orbitais), quanto para correção e avaliação de qualidade posicional.

2.7.1.1 Técnicas de posicionamento

As técnicas de posicionamento pelo GNSS/GPS podem ser realizadas de forma estática e cinemática, em função do movimento da antena, assim como em tempo real e pós-processado. Além destas duas categorias, o posicionamento pode ser classificado como relativo, diferencial e absoluto, condicionado ao uso (relativo e diferencial) ou não (absoluto) de uma estação de referência materializada (IBGE, 2008).

Em função da natureza do trabalho desenvolvido, nesta Seção é dado enfoque às técnicas de posicionamento relativo estático e cinemático pós-processados. A concepção teórica sobre as demais técnicas pode ser encontrada em Monico (2008).

No posicionamento relativo, as coordenadas tridimensionais de um ponto são determinadas em relação a uma ou mais estações com coordenadas conhecidas. Neste

caso, é necessário que pelo menos dois receptores coletem dados de, no mínimo, dois satélites, simultaneamente, onde um dos receptores deve ocupar a estação de referência. O usuário que possuir apenas um receptor poderá dispor de dados de uma ou mais estações pertencentes aos Sistemas de Controle Ativos (SCA), no caso do Brasil, dados da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) (MONICO, 2008).

O princípio básico do posicionamento relativo é minimizar as fontes de erro das observações originais através das diferenças entre as observáveis dos receptores que ocupam as estações, permitindo a determinação precisa das distâncias entre os satélites e o receptor (PEREIRA, 2002). Neste método a observável fundamental é a fase da onda da portadora (L1 e L2), muito embora também possa ser utilizada a pseudodistância, ou ambas, o que proporciona melhor acurácia. Já a solução das ambiguidades requer que a geometria envolvida entre as duas estações e os satélites se altere durante a coleta dos dados (MONICO, 2008).

O posicionamento relativo pode ser subdividido em quatro grupos: estático, estático-rápido, semicinemático e cinemático (IBGE, 2008).

No posicionamento relativo estático os receptores da estação de referência e do ponto a determinar ficam estacionados por períodos de tempo que variam normalmente de 20 minutos, no mínimo, a algumas horas, dependendo do comprimento da base a ser medida e da precisão que se quer alcançar. Para linhas de base inferiores a 10 km, por exemplo, 20 minutos são suficientes para solucionar ambiguidades com uso de receptores de uma frequencia (L1).

No posicionamento relativo estático os dados coletados são pós-processados por softwares específicos que buscam os dados sincronizados quanto ao tempo e satélites observados. Com essa técnica, obtém-se precisão centimétrica e até subcentimétrica das coordenadas de novas estações a partir de uma estação de referência com melhor qualidade posicional (CORREIA, 2008).

O posicionamento relativo estático rápido difere do posicionamento estático no que diz respeito ao tempo de ocupação das estações, que não ultrapassa de 20 minutos, sendo adequado para linhas de base inferiores a 10 km. A técnica é utilizada para levantamentos em que se deseja alta produtividade, sendo possível alcançar precisões melhores que 10 cm (IBGE, 2008).

No posicionamento relativo cinemático, um receptor ocupa uma estação de referência enquanto o outro realiza a coleta de dados em movimento. Para receptores de frequência simples (L1) as distâncias em relação à estação de referência não devem

ultrapassar 10 km (THALES NAVIGATION, 2004). Já a técnica de posicionamento relativo semicinemático é similar ao estático rápido, motivo pelo qual também é conhecido pelas denominações pseudo-estático e stop-and-go. Nessa técnica de posicionamento o receptor permanece em cada estação a determinar por um período de 15 a 60 segundos e permanece ligado durante os deslocamentos entre cada estação (MONICO, 2008).

Nos métodos de posicionamento cinemático e semicinemático a duração do levantamento sem perda de sintonia dos satélites deve atingir em torno de 20 a 30 minutos. Este intervalo de tempo é necessário para proporcionar a alteração da geometria dos satélites e permitir a solução das ambiguidades em pós-processamento dos dados. No método semicinemático as ambiguidades são calculadas a partir das coordenadas das estações ocupadas, enquanto que no cinemático são obtidas a partir das coordenadas da trajetória da antena (MONICO, 2008). O método de posicionamento semicinemático, observadas as condições descritas nos parágrafos anteriores, alcança precisões melhores que 10 cm e é mais preciso que o cinemático (CORREIA, 2008).

Vale salientar que a altitude determinada utilizando-se um receptor GNSS está referida à superfície do elipsóide adotado para representação matemática da Terra. Dessa forma, para se obter a altitude ortométrica (referenciada ao geóide), torna-se necessário conhecer a diferença entre essas duas superfícies, chamada de ondulação geoidal.

Para se converter a altitude elipsoidal (h) em altitude ortométrica (H) deve-se utilizar a equação H= h – N, onde N corresponde ao valor da ondulação geoidal (Figura 31). Por convenção, N assume valor negativo quando o geóide se encontra abaixo do elipsóide, e positivo no caso contrário.

Figura 31 - Ondulação geoidal. Fonte: MAPGEO (2010).

O novo modelo geoidal para o Brasil tem resolução espacial de 5´ de arco e está implementado no sistema MAPGEO2010, disponibilizado gratuitamente pelo IBGE em

ftp://geoftp.ibge.gov.br/programa/Sistema_Interpolacao_Ondulacao_Geoidal/setup_ma pgeo2010_v1.exe (acessado em 01 mai. 2011).

O erro médio padrão associado ao modelo MAPGEO2010 é da ordem de ± 0,32 m, determinado a partir da comparação de altitudes do sistema altimétrico brasileiro derivado do nivelamento geométrico com aquelas interpoladas do modelo. Em regiões onde existe carência de dados para avaliar a consistência do modelo, como na região amazônica, poderão ocorrer erros superiores a 0,32 m (IBGE, 2010b).

A concepção teórica sobre a determinação de modelos geoidais para o Brasil pode ser encontrada em Blitzkow e Lobianco (2004), Lobianco (2005), IBGE (2010c). Na homepage do International Geoid Service (IGeS), em http://www.iges.polimi.it/index.asp (acessado em 03 mai. 2011) podem ser obtidas outras informações sobre modelos geoidais, incluindo o Earth Gravity Model 96 (EGM96), modelo geoidal global utilizado como referência altimétrica do SRTM90.