Combinação de Soluções GNSS utilizando o software GAMIT/GLOBK: Análise
de posicionamento, velocidade e séries temporais para a Rede GNSS/SP
Combination of GNSS Solutions using the GAMIT/GLOBK software: Positioning,
velocities and time series analysis for GNSS/SP Network
Fernando Augusto Scaramboni¹
Lucas Gabriel Scaramboni¹
João Carlos Chaves
2Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP
Faculdade de Ciências e Tecnologia – Presidente Prudente (SP)
1Curso de Graduação em Engenharia Cartográfica 2Departamento de Cartografia
fscaramboni@gmail.com lucscaramboni@gmail.com
jcchaves@fct.unesp.br
RESUMO
A característica continental do Brasil exige os desafios científicos em pesquisa espaciais e tecnologia em soluções geodésicas, contribuindo para o desenvolvimento e engajamento de centros de investigação nacionais e internacionais (como o IBGE e o SIRGAS). No Brasil, as estações da Rede GNSS/SP coletam e fornecem dados GNSS que podem ser processados com ampla carga de dados por softwares científicos. Repetibilidade de coordenadas, velocidades foram estimadas (processamento trienal) mostrando os resultados através da plotagem de séries temporais. Os resultados alcançados apresentaram precisão milimétrica e definiram o comportamento da Rede GNSS/SP.
Palavras chaves: GNSS, Velocidade, Séries Temporais.
ABSTRACT
The Brazilian continental feature necessitates the scientific challenges in space research and technology in geodetic solutions, contributing to the development and engagement of centers of national and international research (as the IBGE and SIRGAS). In Brazil, the stations of GNSS-SP Network collect and provides GNSS data that can be processed with a heavy load of data by scientific GNSS software. The repeatability of coordinates, station velocities were estimated (triennial processing) showing results using time series. The results achieved millimeter precision and defined the behavior of GNSS Network / SP.
Keywords: GNSS, Station Velocities, Time series.
1. INTRODUÇÃO
A Era Espacial permitiu o desenvolvimento de novas metodologias de observação e técnicas espaciais de alta precisão, o que vem possibilitando o estudo de fenômenos como o deslocamento das placas, marés terrestres e oceânicas, movimento do eixo de rotação da Terra e sua respectiva velocidade de rotação, órbitas dos satélites artificiais, entre outros. O estudo quantitativo e qualitativo de tais fenômenos requer o conhecimento conveniente dos referenciais terrestre e celeste, com o intuito de garantir a precisão e consistência dos resultados obtidos.
Um Sistema Geodésico de Referência (SGR) é um sistema de coordenadas associado a algumas características terrestres, cuja implementação envolve as etapas de definição, materialização e densificação. A definição, reference system, compreende a Geodésia conceitual envolvendo modelos matemáticos e físicos, com a adoção de um elipsóide de revolução, sobre o qual são aplicadas injunções de posição e orientação espacial com relação à Terra. A realização ou materialização, reference frame, constitui um conjunto de estações geodésicas com suas respectivas coordenadas,
velocidades e estimativas de precisão, enquanto que a densificação compreende as redes de referência continentais, nacionais ou regionais.
Com o avanço da tecnologia GNSS (Global Navigation Satellite System) a Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) surgiu com o propósito de densificar o apoio geodésico continental, trazendo estações para o território brasileiro. A expansão de sua malha, através de redes regionais, como a Rede GNSS/SP, permitiu distribuir estações pela cinco regiões do país e progredir com estudos e levantamentos topográficos/geodésicos. Novas metodologias surgiram com análise e processamento de dados em uma região intraplaca Sul-Americana, mapeando o comportamento da superfície terrestre brasileira.
Este trabalho visa apresentar uma metodologia de processamento e análise de dados GNSS para estações da Rede São Paulo, executando um experimento trienal combinado para dez estações ativas e estáveis. A estratégia baseia- se na utilização de softwares científicos, como o GAMIT/GLOBK e de uma plataforma de processamento de dados, o GridUNESP. Visa-se demonstrar uma estimativa precisa e acurada para coordenadas e velocidades das estações da Rede GNSS/SP, comparando o resultado atingido com os divulgados pelo sistema SIRGAS e concluindo a tendência de movimento da região Sudeste-Sul.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O enfoque deste projeto exigiu a revisão de conceitos teóricos da geodésia espacial, como sistemas de referência ou datum, constelação e processamento GNSS (GPS), além do estudo específico do software GAMIT/GLOBK. Na sequência, são apresentados alguns aspectos fundamentais para o entendimento do trabalho. 2.1 Sistema Geodésico de Referência
A superfície física da Terra é totalmente irregular ao longo de sua extensão, fato justificado pelas diferentes formas de relevo encontradas ao longo de seu domínio. Reduzir uma superfície com estas características a um modelo matemático confiável demandariam cálculos altamente complexos, estes não só pelas variações de relevo, mas também por a superfície física estar em constante movimento devido à ação tectônica em seu interior. Para a determinação de um Sistema Geodésico de Referência (SGR), é atribuído o elipsóide de revolução como superfície de referência. Este modelo matemático é o que mais se aproxima da geometria terrestre e facilita os cálculos de posicionamento em sua superfície.
A materialização de um SGR é consequência da implantação de pontos na superfície terrestre, que estejam vinculados diretamente às características propostas pelo elipsóide adotado. Atualmente, o referencial geodésico mais preciso é o ITRS (International Terrestrial Reference System), cuja realização é denominada ITRF (International Terrestrial Reference Frame), sob responsabilidade do escritório central do IERS (International Earth Rotation and Reference System Service). A realização é revista periodicamente, pelo ajustamento de um conjunto de coordenadas (SSCs – Set of Station Coordinates) e respectiva Matriz Variância e Covariância (MVC), obtidos por várias tecnologias espaciais apropriadas ao posicionamento terrestre, como o SLR (Satellite Laser Range), LLR (Lunar Laser Range), VLBI (Very Long Baseline Interferometry), GPS (Global Positioning System) e o DORIS (Doppler Orbitography and Radio positioning Integrated by Satellite) (MONICO; SOTO; DREWES, 2005ª).
A manutenção destes pontos, ou estações, como comumente são chamados, é essencial para o ajustamento e otimização da rede materializada. A densificação de um SGR é decorrente do surgimento de novas redes geodésicas, fruto de uma rede inicial, ou núcleo, como ocorrem com a rede IGS e sua densificação para as Américas através da rede SIRGAS (Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas).
2.2 Global Navigation Satellite System (GNSS)
O sistema GNSS é constituído por uma malha ou constelação de satélites em órbita da Terra. Os satélites tem a função de emitir informações aos receptores GNSS fixados em superfície terrestre, para que estes calculem suas posições tendo como base as coordenadas dos satélites.
O satélite emitirá ao receptor pulsos de radiofrequência (códigos) que contém o tempo em que a mensagem foi transmitida e a posição no satélite no exato momento de transmissão da mensagem. Com estas informações, o receptor calcula sua distância para o satélite, partindo do princípio do tempo de propagação da mensagem e determina sua posição. A posição do receptor pode ser calculada com diversos graus de rigor, podendo chegar a poucos centímetros de acurácia, dependendo da necessidade e precisão imposta no pós-processamento dos dados.
Atualmente o sistema GNSS é composto por duas constelações ativas, a constelação GPS (Global Positioning System) e GLONASS (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema), pertencentes aos Estados Unidos e à Rússia, respectivamente. O sistema GPS é composto por 24 satélites em plena operação situados a 20.200 quilômetros acima da Terra. Os satélites GPS estão distribuídos de maneira que independente da posição do receptor, sempre haverá seis satélites em sua cobertura. Constelação GLONASS loca-se a uma altitude de 19.140 quilômetros, contanto com 20 satélites em atividade. No sistema GLONASS é garantido que quatro satélites sempre estarão visíveis ao receptor em qualquer localidade do planeta.
2.3 Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS)
O sistema SIRGAS é definido de forma idêntica ao ITRS, assim como sua realização segue o mesmo padrão do ITRF, sendo o SIRGAS uma densificação regional do reference frame global para as Américas. As coordenadas das estações SIRGAS estão associadas a uma época específica (Época 2000.4), ou seja, a época de materialização do sistema. A variação do posicionamento das estações da rede é dada pela velocidade assumida individualmente por cada uma destas, processo que varia de acordo com a localidade da estação e o tectonismo presente na área.
O sistema SIRGAS pode ser dividido em duas redes, a SIRGAS-CON-C (do inglês “core”, sendo núcleo) e rede SIRGAS-CON-D (do inglês “national”) é a densificação do projeto SIRGAS (Figura 1). O objetivo desta densificação é aumentar o número de localidades que possam aderir ao projeto SIRGAS, tornando o reference frame cada vez maior e mais confiável num médio espaço de tempo. A rede SIRGAS-CON-N é separada em três subáreas (North, Middle e South) e possui assistência de vários centros de processamento da América Latina, dentre eles o IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), órgão brasileiro responsável pelo processamento das estações locadas no centro (middle) da rede, como a RBMC. As soluções geradas pelos centros de processamento da rede SIRGAS- CON-N são combinadas com a rede SIRGAS-CON-C, garantindo a consistência, confiabilidade e compatibilidade das soluções.
Fig. 1 – Rede SIRGAS (Core + National). Fonte: (http://www.sirgas.org)
2.4 Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sitemas GNSS (RBMC)
A RBMC possui aproximadamente 96 estações ativas (2013), conforme Figura 2, em todo território nacional, concentrando a maior parte delas na região sudeste do país. Disponibilizando dados diariamente no servidor do IBGE, a RBMC tornou-se de grande importância para o desenvolvimento de pesquisas relacionadas ao processo de deformação do sistema terrestre, no caso para o Brasil, situado no interior da placa Sul-Americana.
Fig.2 – Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC). Fonte: (ftp://geoftp.ibge.gov.br/RBMC/relatorio/RBMC_2014.png)
2.4.1 Rede GNSS Ativa do Estado de São Paulo (Rede GNSS-SP)
A densificação da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) proporciona o surgimento de novas redes com caráter regional, isto é, a criação de redes estaduais. Um bom exemplo de densificação é o estado de São Paulo, onde se encontram 13 estações RBMC (2013), conforme Figura 3, em plena atividade, que constituem a rede GNSS-SP. Nesta rede estadual, 6 (seis) novas estações, já estão em início de atividades.
Fig. 3 – Distribuição da Rede GNSS/SP. Fonte: (http://www.fct.unesp.br/#!/pesquisa/grupos-de-estudo-e- pesquisa/gege/rede-gnss-sp2089/)
2.5 Softwares de Processamento GNSS
Para que o processamento GNSS da Rede GNSS/SP pudesse ser realizados, foram escolhidos dois softwares livres disponibilizados pelo MIT (Massachussets Institute of Technology), o GAMIT e o GLOBK.
A composição GAMIT/GLOBK compreende uma série de módulos para análises GNSS, este foi desenvolvido pelos esforços do MIT, Harvard_Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e Scripps Institution of Oceanography (SIO), com o objetivo de estimar coordenadas e velocidades de estações materializadas na superfície terrestre, além de representações estocástica e funcionais de deformações pós sísmicas, atrasos zenitais, órbitas dos satélites e parâmetros de orientação da Terra.
O software utiliza-se de C-shell scripts que são denominados com o prefixo “sh_” que invocam programas compilados em Fortran ou linguagem C, estes armazenados em diretórios como /libraries nos diretórios raízes /gamit (GAMIT) e /kf (GLOBK). O software GAMIT/GLOBK foi realizado para operar em ambiente UNIX que suporte o X- Windows. A praticidade de envolver uma série de scripts para gerar resultados parciais dos experimentos em análise faz com que este software seja uma ótima ferramenta no que condiz ao processamento de dados GNSS.
2.5.1 GAMIT (GPS Analyses from MIT)
O software GAMIT é composto por vários programas ou módulos que agem separadamente no processamento GNSS com o intuito de estimar posições tridimensionais para estações terrestres, bem como órbitas dos satélites GNSS, atrasos zenitais e parâmetros de orientação da Terra. Alguns módulos fornecem os arquivos de entrada para os subsequentes, podendo ser executados individualmente ou utilizando o c-shell script “sh_gamit” para automatizar o processamento (batch processing).
Em síntese, estes são os principais módulos de execução do GAMIT e suas principais funcionalidades:
makexp e makex : preparação dos dados (arquivos RINEX, arquivos de sessão e informações das estações em processamento);
ngstot: converte arquivos de órbita (.sp3 files) em g-file e t-file;
bctot: realiza a mesma função do ngstot, porém utilizando broadcasting files (na ausência de órbitas precisas);
arc : integra as órbitas GNSS (g-files e t-files);
model : utiliza-se de informações das coordenadas das estações (l-files), arquivos de sessão, modelo de antena/receptor, arquivos de órbitas para calcular os resíduos das observações e derivadas parciais com relação ao modelo geométrico;
fixdrv : prepara a quantidade de arquivos de controle, órbitas e observações para que seja executada uma rotina de processamento;
autcln : detecta os outliers, repara as perdas de ciclos (sinal), remove as discrepâncias de fase e resolve as ambiguidades;
solve : estima os parâmetros através do método dos mínimos quadrados, criando os h-files; Para que o GAMIT consiga correlacionar todos os dados de entrada (efemérides e RINEX) com o modelo geodésico do ITRS e é claro com o ITRF, é necessário fornecer parâmetros globais de controle e de orientação. Dessa forma, o GAMIT conseguirá adequar a sua rede (estações) em processamento com os parâmetros globais que definem o reference frame, corrigindo o efeito de nutação, precessão, movimento das marés terrestres e oceânicas, tectônica global, etc. Além de também fornecer elementos que auxiliam o GAMIT a manipular dados de antenas e receptores GNSS (altura da antena, modelo antena/receptor, correções).
Os arquivos de controle considerados globais, ou seja, os que variam com atitude terrestre, são atualizados e disponibilizados a cada ano (CDDIS, SOPAC). Com isso, o usuário do software fornece somente os parâmetros para o ano que convém ao seu processamento. Os demais arquivos de controle (dados antena/receptor, estratégia, injunções) podem ser alterados a cada experimento, independente do ano de análise, a fim de permitir ao usuário o tratamento específico da rede em processamento.
O diretório referente aos arquivos de controle (/gg) é de domínio do usuário e este deve ser atualizado periodicamente. Ao iniciar um processamento em ambiente UNIX, o usuário pode utilizar-se de um c-shell script para criar links dos arquivos de controle em seu diretório de processamento (sh_setup –yr YYYY).
2.5.2 GLOBK (Global Kalman Filter)
O GLOBK, ou Global Kalman Filter, é um programa que tem por objetivo a combinação de soluções provenientes de um processamento preliminar de levantamentos terrestres ou observações espaciais. Soluções advindas do GAMIT (h-files) servem de entrada para que o GLOBK realize as adequações necessárias e estime o posicionamento preciso de um conjunto de estações alinhado ou não a um reference frame.
O GLOBK é um filtro de Kalman, esse algoritmo utiliza medições de grandezas realizadas ao longo do tempo e trabalha com suas incertezas e outliers, com isso, tem por objetivo estimar valores que se aproximem dos reais das grandezas em análise.
Os processamentos anteriores ao GLOBK devem ser realizados de forma livre (loosely constrained) para que não ocorram erros sistemáticos provenientes de injunções fortes (cinco centímetros à priori) para as estações analisadas, trazendo soluções realísticas (HERRING et al., 2010). Geralmente, atribui-se injunções com um metro de precisão preliminar. A solução a priori, mesmo com precisão métrica, retorna valores de ordem centimétrica (caso não ocorram outliers ou insuficiência de dados), servindo a solução fracamente injuncionada como uma estratégia para eliminar tendências.
O software utiliza-se de arquivos de comando responsáveis por conter as informações necessárias que o algoritmo envolvido no software realize o processamento imposto. Os arquivos de comando (de extensão ‘.cmd’, que indica “commands” no inglês) assumem diferentes nomenclaturas, que caracterizam atividades de combinações semanais/semestrais/anuais, repetibilidades de coordenadas e estimativa de velocidades. Nesta pesquisa o GLOBK é utilizado para combinar as soluções diárias do GAMIT para os três anos de análise (a priori) em caráter semanal e posteriormente gerar a repetibilidade trienal e respectivas velocidades. Estas soluções semanais caracterizam a combinação intratécnica proposta e após serem convertidas em formato SINEX, também com o uso do GLOBK, podem ser combinadas novamente com soluções multitécnicas geodésicas (DORIS, SLR e VLBI), buscando melhoria nas estimativas antes somente no sistema GNSS. A busca pelas soluções multitécnicas é a grande proposta deste projeto cientifico, visto que este ramo da geodésia espacial é pouco investigado.
Assim como o GAMIT, o GLOBK é dividido em vários módulos que permitem preparar as soluções de entrada até o processamento final combinado. O GLOBK reúne módulos que podem trabalhar especificamente com soluções SLR e VLBI, isto é, permitindo o processamento de dados para outras técnicas geodésicas em seus formatos originais, o que é pouco explorado por softwares de posicionamento geodésico.
Para um projeto que reúne combinações de soluções geodésicas intratécnica e intertécnicas, visando estimativa e análise de posicionamento e velocidades para redes de monitoramento contínuo, os principais módulos a serem utilizados são:
htoglb: converte os h-files do GAMIT em formato ASCII (binários), tornando-os interpretáveis para o filtro de kalman;
glred: possibilita a combinação de h-files diários provenientes do GAMIT (já convertidos) em uma solução semanal ou para períodos maiores; permite a plotagem de séries temporais para as soluções; estabilização da rede (reference frame); é acionado por arquivos de comando (globk e glorg);
globk: programa que gera repetibilidade e velocidades para a rede em estudo; plotagem dos resultados; posicionamento final;
glorg: realiza a estabilização da rede em estudo, isto é, define a atitude da rede com relação as estações selecionadas com reference frame;
glbtosnx: transforma as soluções do GLOBK para o formato universal SINEX, permitindo a combinação com soluções de outros Centros de Processamentos (intratécnicas) ou até mesmo com soluções multitécnicas também neste formato.
Cada módulo descrito possui um comando e conjunto de dados específico para que gerem suas respectivas soluções mencionadas. O principal é estruturar de forma correta o experimento em ambiente LINUX, de forma que cada tarefa seja claramente entendida pelo software, processo que exige cautela e conhecimento do programa. Uma estrutura errônea pode trazer resultados com erros sistemáticos, ou simplesmente não realizar o processamento.
2.5 Processamento GNSS utilizando uma plataforma de acesso remoto (GridUNESP)
Para finalidades de controle e estimativa de deformação do sistema terrestre, acompanhamento de sismos, densificação de redes geodésicas e outras atividades que exijam estimativa precisa de posicionamento e velocidades da área em estudo, o pós-processamento realizado por softwares científicos, torna-se uma alternativa viável aos estudos da Geodésia Espacial e Física. O processamento GNSS no GAMIT/GLOBK, por exemplo, exige uma carga excessiva de dados de entrada das observáveis GNSS, como a órbita descrita pelos satélites (efemérides transmitidas e precisas) da constelação em análise e as observáveis brutas (RINEX data) disponibilizadas por Centros de Análises e Processamentos desta técnica. Além disso, parâmetros globais são necessários para que o GAMIT/GLOBK consiga estabelecer uma relação entre as informações do posicionamento das estações, dos satélites, e das condições do ITRS/ITRF.
A complexidade de dados necessários torna o pós-processamento GNSS cada vez mais denso em se tratar de grandes períodos, como vários anos para estimativa de velocidades das estações. Para isto, é necessário a utilização de servidores que comportem grandes quantidades de dados e possuam instrumentação tecnológica avançada para otimizar o processo na questão de tempo de processamento e disponibilidades dos resultados, esta é a proposta de utilizar o GridUNESP. Este possui cerca de três mil núcleos de processamento, divididos em clusters e interligados entre sete
campi da UNESP (velocidade de 1 a 10 Gbps). É destinado a todos os pesquisadores da Universidade e apresenta uma das maiores estruturas em Grid da América Latina.
A vantagem de processar no GridUNESP é a facilidade em que se tem de efetuar os chamados “jobs” que acionam o GAMIT/GLOBK em ambiente Linux. Os “jobs” são submetidos, executados e, por fim, retornam ao diretório do usuário por meio de um arquivo de saída, ou, output, compactado, contendo os resultados. Isto permite ao usuário a mobilidade de executar um “job” e retornar quando necessário para recolher suas soluções, evitando a necessidade de executar rotinas de scripts e comandos para o GAMIT/GLOBK como em processamentos locais. A eficiência do GridUNESP contribui para realização de pesquisas na área de posicionamento geodésico, otimizando o tempo de processamento e geração de resultados, bem como a mobilidade de acompanhamento e armazenamento das soluções. O investimento em sistemas similares pode colaborar como o surgimento de novos centros de processamentos, fornecendo dados de estações locais, contribuindo para a densificação de apoio geodésico nacional (SCARAMBONI, 2013).
3. METODOLOGIA E ESTRATÉGIA DE AÇÃO
O processamento GNSS no software GAMIT/GLOBK, exige vários dados de entrada das observáveis GNSS, como a órbita descrita pelos satélites (efemérides) da constelação em análise (constelação GPS, para este caso) e as observáveis brutas (RINEX data) coletadas pelas estações de monitoramento contínuo que estão sendo analisadas. Além disso, parâmetros globais (reference frame, tabelas de nutação, tabelas de precessão, movimento do polo, estratégia de processamento, etc.) são necessários para que o GAMIT consiga estabelecer uma relação entre as informações do posicionamento das estações, do posicionamento dos satélites, e das condições globais do ITRS.
A complexidade no tratamento dos dados de entrada do software GAMIT, faz com que a preparação dos dados GNSS seja feita de maneira cautelosa, de forma que nenhuma informação seja perdida ou posta de forma incorreta para o processamento (efemérides, RINEX, arquivos globais). A aquisição das efemérides dos satélites e dos dados brutos das estações da Rede GNSS/SP foi feita através da busca de dados via FTP, utilizando os servidores do Crustal Dynamics Data Information (CDDIS: ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily) e do IBGE (ftp://geoftp.ibge.gov.br/RBMC/dados/), respectivamente. Este processo demandou um longo período de tempo, visto que foram adquiridos dados diários para três anos, totalizando 2192 efemérides (transmitidas + precisas) e 10.960 dados RINEX (para 10 estações da Rede GNSS/SP).
3.1 Preparação dos dados GNSS
Nesta etapa, foram abordados, adquiridos e estruturados os arquivos para o processamento no software GAMIT.
3.1.1 Efemérides dos Satélites GNSS
O termo efeméride, do latim, ephemèris, significa “memorial diário” ou “calendário”. Esta definição faz referência à posição ou órbita apresentada pela constelação de satélites GNSS (GPS ou GLONASS, aqui abordados) em determinado dia. O arquivo de uma efeméride apresenta uma série de coordenadas do posicionamento de cada satélite (32 para o caso GPS) com relação ao geocentro (centro de massa da Terra). Estas coordenadas servem de referência para que o GAMIT consiga estabelecer a distância entre o satélite e a estação de monitoramento contínuo, fator essencial para o cálculo do posicionamento relativo da estação (principal objeto de estudo).
Existem dois tipos de efemérides, as consideradas transmitidas ou broadcasting ephemeris, e as precisas (precise ephemeris). As efemérides transmitidas são disponibilizadas ao fechamento de cada dia, ou seja, às 00:00 horas (GMT) do próximo dia, contendo a lista de parâmetros keplerianos necessários para o cálculo das órbitas e posições dos satélites. Como este arquivo é disponibilizado ao final de cada dia, é evidente que não possui uma alta precisão (geralmente centimétrica, podendo atingir um metro). Este é o motivo de se terem duas efemérides, já que as efemérides precisas são disponibilizadas somente 13 (treze) dias após sua data de realização. Estas passam por processamentos de ajustamento e consideração de parâmetros globais para aferição do resultado final, trazendo um referencial preciso em forma de listas de coordenadas com intervalos de quinze minutos (posições dos satélites da constelação a cada quinze minutos ou quinze épocas). Embora a necessidade do uso das efemérides precisas no processamento GNSS, estudos comprovam que a diferença de acurácia para posicionamento entre utilizando broadcasting ou precise ephemeris são próximos de zero, o que permite o uso das efemérides transmitidas (WARREN and RAQUET, 2003).
A efemérides dos satélites GNSS foram adquiridas diretamente do CDDIS, órgão pertencente à NASA. As buscar foram feitas por scripts do GAMIT, já no servidor GridUNESP e para cada bloco de dias a serem processados. Para o caso das broadcasting ephemeris, o script utilizado foi:
Sh_get_nav –archive cddis –yr YYYY –doy DDD –ndays NNN
Sh_get_nav: Chama o programa GAMIT a buscar dados de navegação, ou seja, os dados broadcasting.
cddis: Indica o servidor de onde os dados serão extraídos.
-yr : ano da busca (ex.: 2010).
-doy: dia inicial da busca no respectivo ano (ex.: 001).
-ndays: por quantos dias a busca persiste (ex.: 365).
O mesmo script é utilizado para as efemérides precisas, apenas substituindo o termo “sh_get_nav” por
“sh_get_orbits”.
3.1.2 Arquivos de Observação das Estações – RINEX data
O formato RINEX (Receiver Independent Exchange Format) permite o intercâmbio de dados brutos de navegação dos satélites para que seja feito um pós-processamento destes. É a padronização de um formato para dados adquiridos por receptores GNSS locados na superfície terrestre, onde é possível tratar e eliminar observações antes do processamento final.
Os dados RINEX fornecidos pelos receptores GNSS, contém coletas de informações como pseudo-distância entre satélites e o receptor e as fases das ondas portadoras transmitidas na interação entre satélite e receptor GNSS. Também possuem informações contendo amplitudes de sinais, coordenadas iniciais da estação e deslocamentos da antena. São dados gerados diariamente pelas unidades de monitoramento contínuo, contendo coletas de dados realizadas geralmente a cada 15 (quinze) segundos.
Os dados podem ser adquiridos via FTP (ftp://geoftp.ibge.gov.br/) manualmente (buscados um a um), através de scripts em ambiente LINUX ou até mesmo por programas específicos criados em compiladores de linguagens computacionais (C++, por exemplo) para cada um dos dias desejados.
Em se tratando de 10 estações e um período de dados para três anos, a busca manualmente torna-se inviável. Portanto, neste projeto utilizou-se um programa específico, compilado em ambiente C++, no software C++ Builder 5, para busca dos arquivos RINEX das estações. O programa é de autoria própria e foi cedido ao projeto, sem custos de uso. Basicamente, o software utiliza-se de rotinas repetitivas de processamento, buscando os arquivos para o período e estação desejados (KANESHIRO, 2012).
A tabela seguinte apresenta um panorama geral da carga de dados RINEX que foi adquirida, relacionando o volume de dados e o tempo de execução desta etapa.
TABELA 1 – VOLUME DE DADOS Arquivos de Observação RINEX
Estação 2010/dia 2011/dia 2012/dia Volume de Dados
CHPI 360 358 364 3,91 GB
ILHA 245 322 363 6,53 GB
NEIA 349 346 363 6,97 GB
OURI 338 328 294 5,44 GB
POLI 359 354 352 4,03 GB
PPTE 359 357 363 7,41 GB
ROSA 355 339 356 6,85 GB
SJRP 361 348 323 4,19 GB
SPAR 362 344 306 7,33 GB
SPCA 264 256 306 5,84 GB
Total 3352 3352 3390 58,5 GB
É possível avaliar uma excessiva carga de dados, em se tratar de um grande período de observações. O volume de dados requer um poderoso software de processamento GNSS, como o GAMIT/GLOBK, e uma plataforma capaz de gerenciar, otimizar e armazenar resultados de um processamento, este o motivo de utilizar o GridUNESP.
3.1.3 Estratégia de Processamento
Primeiramente, como está em análise uma rede geodésica de caráter regional (Rede GNSS/SP), foi estabelecido que as injunções de precisão para o posicionamento das coordenadas (X,Y,Z) de suas estações deveriam receber injunções fracas (loosely constrained). O motivo é proporcionar um posicionamento realista para as coordenadas das estações analisadas, onde será possível detectar as melhores estações para definir o reference frame.
Para impor uma solução fracamente injuncionada, deve-se editar um dos arquivos de controle do GAMIT, o sittbl. Este arquivo apresenta uma lista de estações consideradas estáveis, por isso possuem injunções consideradas fortes (5 centímetros para as X, Y e Z). No cabeçalho do arquivo é possível verificar a injunção default para estações regionais, caso da Rede GNSS/SP e das demais que não constarem na lista do IGS Core Stations. Uma injunção de 100 metros, conforme default, para ALL (todas as que não são do IGS Core) estações, não convém para a pesquisa. Assim, foi determinada a injunção fraca de 1 (um) metro para todas as estações, inclusive para as IGS Core Stations, de modo a criar injuções finitas e realísticas para as coordenadas e velocidades (HERRING et al., 2006).
Definida a estratégia e o tipo de injunção finita para o processamento, a próxima análise é feita no arquivo station.info. Como o próprio nome sugere, este arquivo de controle apresenta as informações de cada estação cadastrada, como tipo de antena, modelo de receptor, altura da antena, número de série antena/receptor (serial number), e o principal, as datas em que as atualizações ocorreram nas estações.
No GAMIT, o station.info pode ser atualizado manualmente, ou através de arquivos RINEX utilizado o script: Sh_upd_stnfo –RINEX nav file
sh_upd_stnfo: Indica ao GAMIT que o station.info necessita de atualização;
-RINEX nav file: Apresenta os RINEX que atualizarão a estação desejada.
Os arquivos RINEX contêm as informações necessárias (informações de antena e receptor) para se atualizar o station.info da estação correspondente. Este procedimento foi realizado para todas as estações da Rede GNSS/SP, de modo a atualizar todas as suas informações e gerar resultados confiáveis com o processamento GNSS. Para verificar os períodos em que ocorreram atualizações em cada uma das estações da rede, foram analisados os relatórios de informações de cada uma e o station.info foi atualizado para cada atividade apresentada na questão de troca de antena, receptor, altura da antena e firmware. Os relatórios de informações das estações são disponibilizados pelo IBGE na
página referente à Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo
<http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/rbmc/rbmc_est.shtm>.
3.2 Processamento GNSS (GAMIT) no GridUNESP
Concluídas as etapas de aquisição dos dados GNSS (efemérides e RINEX), e preparação da estratégia de processamento do GAMIT para uma rede de característica pequena, como a Rede GNSS/SP, a etapa seguinte foi a transferência dos dados ao servidor do GridUNESP.
Visando transferir os arquivos de forma mais rápida para o início imediato dos processamentos, os arquivos diários foram separados em blocos de processamento, com separação anual e diária. Foi processado cada ano por sua vez, dividido em seções de dias, de forma que cargas menores de dados fossem transferidas ao GridUNESP.
Os anos foram seccionados em cinco experimentos, cada um com 73 dias a serem processados. A divisão em blocos permitiu que cada base de dados transferida fosse logo em seguida acionada e iniciasse seu processamento, enquanto uma nova era transferida. Uma vez que a base de dados é transferida ao GridUNESP, ela não consumirá a conexão de internet local necessária para a transferência dos arquivos, ou seja, ao mesmo tempo em que novos arquivos eram transferidos, outros já estavam em processamento, o que não aconteceria se os 365 dias de cada ano fossem transferidos de uma só vez.
Os arquivos transferidos foram subdivididos em duas pastas em formato ZIPfile, onde uma pasta continha os arquivos RINEX (“rinex.zip”) e outra com o diretório tables (“tables.zip”) com os arquivos de controle para a estratégia definida. Na figura acima apresentada, percebe a presença de outros dois arquivos (commands.sh e geosirgas.go), estes responsáveis por acionarem o software GAMIT no GridUNESP. São arquivos texto, convertidos em extensão Unix script file contendo toda a sequência de processamento.
O arquivo commands.sh (Figura 4) contém a estratégia predefinida para o projeto, bem como a sequência de scripts que o GAMIT deverá realizar em sua rotina de processamento.
Fig.4 – Estrutura do arquivo commands.sh (dia 001 a 073 de 2010)
A rotina demonstrada na Figura 4, resume todo o estudo realizado para definir a estratégia de processamento. Neste arquivo é possível verificar a inserção de novos arquivos de controle, como o station.info, sestbl., sittbl. e sites.defaults. Estes são posicionados no diretório tables (sh_setup) substituindo os preexistentes (somente neste experimento).
No commands.sh também foram buscadas as efemérides via FTP diretamente no GridUNESP, evitando serem transferidas ao servidor como havia-se planejado no início do projeto. Fato que viabilizou e contribuiu muito com o andamento das atividades.
O script utilizado para rodar o programa GAMIT é o seguinte:
sh_gamit –expt EEEE –s YYYY DDDI DDDF –noftp >&! sh_gamit.log Onde:
sh_gamit: invoca o programa GAMIT;
-expt: indica os quatro caracteres do diretório de processamento;
-s: mostra que será atribuído um intervalo de dias para o processamento;
YYYY: ano do processamento;
DDDI: dia inicial;
DDDF: dia final;
-noftp: nenhuma busca via FTP (no sh_gamit);
No GridUNESP, este comando aparece de forma reduzida, em virtude de ter sido adaptado a estrutura física do ambiente de processamento, porém descreve as mesmas opções do comando padrão citado acima.
Para que o commands.sh seja acionado e processado no GridUNESP, é necessário a utilização de um arquivo de ativação, sendo este o “geosirgas.go”. O nome remete-se ao projeto GEOSIRGAS cadastrado no GridUNESP, que tem por finalidade a realização de processamentos utilizando o GAMIT/GLOBK nesta plataforma em gride. A extensão
“.GO” indica ao servidor que este é um arquivo de ativação para algum arquivo de comando (commands.sh) inserido no presente diretório.
A função do arquivo “.GO” (Figura 5) é verificar em sua linha de comando quais são as opções INPUT presentes no diretório de processamento (rinex.zip, tables.zip e commands.sh, neste caso) e como solucioná-las (qual software utilizar e quais comandos).
Fig. 5 – Estrutura do arquivo geosirgas.go
Conforme mencionado anteriormente, foram criados blocos de processamentos contendo 73 dias, assim totalizando cinco processamentos por ano. Em média, cada experimento necessitava de seis horas para ser processado (desconsiderando o tempo de transferência dos arquivos, de aprox. duas horas por experimento). Portanto, foram gastas 90 horas somente em processamento do GAMIT no GridUNESP. Este mesmo processamento, se fosse realizado em servidor local, poderia dobrar ou até mesmo triplicar o número de horas gastas.
Por fim, os jobs de processamentos (quinze) foram transferidos para o computador do usuário para a realização do controle de qualidade dos 1095 dias processados.
3.3 Controle de Qualidade das Soluções Fracamente Injuncionadas
Segundo HERRING (2010), para verificar a confiabilidade de uma solução proveniente do GAMIT, deve-se analisar alguns arquivos chaves do processamento. São três critérios preliminares para avaliar se o processamento diário resultou em bons resultados. Primeiramente, o número de dados (arquivos RINEX) utilizados em um dia de processamento deve ser igual ao número fornecido para o mesmo. Segundo, se os dados ajustam o modelo de forma esperada e também se as incertezas encontradas são pequenas e aceitáveis.
Durante o processamento do GAMIT no GridUNESP, uma linha de comando (commands.sh) é indicada para reportar o final de cada dia de processamento para um e-mail cadastrado assim que o dia é concluído no processamento, permitindo a avaliação em tempo quase real. O e-mail contém um arquivo sumário, ou seja, um resumo das informações do dia processado. Nele, é possível avaliar se todos os arquivos RINEX da rede de estações foram usados (total x-files), além de outros parâmetros como o RMS (erro médio quadrático) para as estações envolvidas com relação aos satélites observados (valores aceitáveis até 60 mm para o posicionamento das estações).
Além do arquivo de sumário, outro arquivo importante para avaliação de resultados é o q-file que contém as soluções preliminares provenientes do módulo solve do GAMIT. Neste arquivo é possível verificar as resoluções das ambiguidades (L1-L2) onde o ideal é uma resolução maior ou igual a 94%. Também é verificado o NRMS (erro médio quadrático normalizado) para as ambiguidades, sendo o valor ideal entre 0,20 e 0,25 mm. Assim, efetuou-seo controle de qualidade diário das soluções do GAMIT.
3.4 Preparação das Soluções Preliminares do GAMIT para a Combinação Intratécnica (GNSS) no GLOBK Todas as informações necessárias para servirem de entrada no GLOBK, estão armazenadas em um único arquivo do GAMIT, o h-file. Este, solucionado pelo GAMIT, contém todas as estimativas de posicionamento e as matrizes variância-covariância resultante do ajustamento das observações. Estas são informações essenciais para que o GLOBK combine as soluções e adeque a rede de processamento aos parâmetros de orientação da Terra (EOP) recomendados pelo IERS e Centros de Processamentos/Combinações de soluções GNSS.
Todos os diretórios diários resultantes do GAMIT carregam uma série de arquivos que são utilizados durante seu processamento e por fim ficam armazenados. Em se tratando de processamentos em servidores (que exige transferência de dados), foram extraídos todos os arquivos sobressalentes de cada diretório, restando apenas o h-files necessário.
Foram divididos os diretórios diários para seus respectivos anos, estes 2010, 2011 e 2012, num total de 1095 dias de processamentos. O intuito a priori do GLOBK foi de combinar as soluções diárias em soluções semanais, reduzindo o número de arquivos e criando soluções livres (com até um metro de precisão) e alinhadas ao ITRF2008 (fixando estações de referências IGS).
A proposta destas duas soluções é seguir as recomendações do SIRGAS, que disponibiliza soluções livres (sem estabilização) e soluções fixas com estimativa de parâmetros de translação da rede com relação a estações de referência, ambas semanais. O uso de soluções livres pode evitar erros de tendências e serem utilizadas para pesquisas que avaliam regiões quanto sua sazonalidade. Já soluções fixas interessam quanto ao posicionamento preciso da rede em estudo, visto que os parâmetros de orientação com relação ao IGS (International GNSS Service) são corrigidos e a rede alinhada ao ITRF vigente.
Os dados foram separados conforme dito e lançados no servidor local da FCT UNESP de Presidente Prudente. Nesta etapa não foi utilizado o GridUNESP por se tratarem de processamentos rápidos em comparação aos realizados com o GAMIT.
Para a realização da combinação de soluções diárias em soluções semanais, foram utilizadas rotinas de scripts de processamentos em cada um dos diretórios anuais descritos no tópico anterior. Antes de executar os scripts é necessária a edição dos arquivos de controle globk_comb.cmd e glorg_comb.cmd . Na realização de todas estas estimativas, o globk_comb.cmd chama em sua linha de comando, um arquivo auxiliar denominado glorg_comb.cmd. Os parâmetros a serem estimados constam no glorg (translações, rotações, estabilização), assim o globk_comb.cmd reconhece os arquivos, verifica o que necessita ser estimado (vai até o glorg), extrai as informações do glorg_comb.cmd e com base nas precisões impostas em sua linha de comando, combina as soluções gerando arquivos semanais.
Conforme HERRING (2010), para uma rede regional de caráter pequeno (Rede GNSS/SP), é necessário estimar somente parâmetros de translação com relação às estações IGS de estabilização, dispensando a estimativa de rotações. O uso de estações IGS é indispensável, visto que estas materializam o ITRF e possuem alto nível de precisão. Estabilizando uma rede pequena com estações IGS, permite alinha-la ao poliedro IGS e estimar posições e velocidades com precisão (a níveis milimétricos).
A escolha das estações de estabilização para a Rede GNSS/SP (Figura 6) baseou-se na verificação de estações do poliedro IGS que estivesse na Placa Sul-Americana e em localidades próximas ao Estado de São Paulo (Brasil). A geometria ideal é aquela em que todas as estações de estudo estejam envolvidas por um polígono constituído pelas estações de referência. O Brasil possui oito estações que pertencem à malha IGS, destas foram escolhidas quatro estações mais próximas a Rede GNSS/SP.
Fig. 6 – Estações de Estabilização (destaque) + Rede GNSS/SP. Fonte: Google Earth As estações escolhidas foram BRAZ (Brasília), CHPI (Cachoeira Paulista), SAVO (Salvador) e UFPR (Curitiba). Estas estações foram determinadas no início do projeto e participaram de todas as etapas de processamento junto a Rede GNSS/SP. O ideal seriam estações que envolvessem completamente a rede estudada, porém não existem estações IGS brasileiras à oeste da Rede GNSS/SP, sendo a mais próxima somente na Argentina.
Para a realização da combinação semanal, utiliza-se o script denominado sh_glred, que busca em cada diretório diário o h-file correspondente, transforma em arquivo GLOBK (htoglb) e combina soluções em formato semanal e estima os parâmetros requisitados pelo globk_comb.cmd e glorg_comb.cmd. Posteriormente, com os resultados semanais estimados (coordenadas geodésicas), foi gerada uma nova combinação, desta vez multianual e plotadas as séries temporais. Com a estabilização da rede através de estações IGS, as velocidades nos três eixos cartesianos foram estimadas, apresentando a tendência de movimento do Estado de São Paulo.
4. RESULTADOS
Serão apresentados os resultados separados em repetibilidade semanal, anual e multianual de coordenadas, velocidades estimadas e séries temporais para a Rede GNSS/SP.
4.1 Combinação Semanal/Anual GNSS
Como resultado nesta etapa, têm-se os H-files semanais, a serem utilizados nas etapas de repetibilidade multianual e estimativas de velocidades para a rede estudada.
O reference frame estudado e atribuído estrategicamente materializa a rede global do IGS (International GNSS Service), ou seja, proporcionará soluções semanais alinhadas o ITRF (International Terrestrial Reference Frame) vigente, como demandam as especificações do DGFI (German Geodetic Research Institute) e do SIRGAS (Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas). Também foram geradas soluções semanais livres, servindo como comparativo e para disponibilidades necessárias.
As soluções semanais contendo os parâmetros de translação (x,y e z) e coordenadas cartesianas e UTM para as estações da Rede GNSS/SP se fazem presentes em cada H-file semanal, totalizando 52 H-files por ano. Como não é viável representar cada valor semanal, o GLOBK gera uma estimativa anual com base nos valores semanais, que serão apresentados nas Tabelas 2, 3 e 4 (contendo como exemplo somente o ano de 2012).
TABELA 2 – SOLUÇÃO ANUAL 2012 (NORTE) – LIVRE E ALINHADA AO ITRF2008
ESTAÇÃO Rede Coordenanda
Estimada Livre (m)
sigma (m)
Coordenada Estimada ITRF08 (m)
sigma (m)
desvio UP (m)
BRAZ_GPS IGS -1775264.6445 0.0039 -1775264.6758 0.0007 0.0313
ILHA_GPS GNSS/SP -2274010.4018 0.004 -2274010.4328 0.0005 0.0310 CHPI_GPS IGS/GNSS/SP -2525521.3841 0.004 -2525521.4149 0.0003 0.0308 SPCA_GPS GNSS/SP -2539897.1772 0.0048 -2539897.2107 0.0004 0.0335 SPAR_GPS GNSS/SP -2358266.0541 0.0043 -2358266.0883 0.0004 0.0342 SJRP_GPS GNSS/SP -2313833.1986 0.0042 -2313833.2289 0.0004 0.0303
SAVO_GPS IGS -1440390.1781 0.004 -1440390.2091 0.0004 0.0310
POLI_GPS GNSS/SP -2622202.5331 0.0041 -2622202.5639 0.0004 0.0308
UFPR_GPS IGS -2832899.2495 0.0043 -2832899.2797 0.0004 0.0302
ROSA_GPS GNSS/SP -2507282.5201 0.004 -2507282.5508 0.0003 0.0307 PPTE_GPS GNSS/SP -2462376.3416 0.004 -2462376.3726 0.0004 0.0310 OURI_GPS GNSS/SP -2554690.1597 0.0044 -2554690.1902 0.0004 0.0305 NEIA_GPS GNSS/SP -2785240.1134 0.0055 -2785240.1404 0.0004 0.0270
TABELA 3 – SOLUÇÃO ANUAL 2012 (ESTE) – LIVRE E ALINHADA AO ITRF2008
ESTAÇÃO Rede Coordenanda
Estimada Livre (m)
sigma (m)
Coordenada Estimada ITRF08 (m)
sigma (m)
desvio UP (m)
BRAZ_GPS IGS 33407899.7275 0.0401 33407899.9316 0.0004 -0.2041
ILHA_GPS GNSS/SP 32198467.2690 0.0391 32198467.4671 0.0002 -0.1981 CHPI_GPS IGS/GNSS/SP 32354105.8393 0.0385 32354106.0351 0.0002 -0.1958 SPCA_GPS GNSS/SP 32110417.2369 0.0452 32110417.4701 0.0002 -0.2332 SPAR_GPS GNSS/SP 32131148.0402 0.0416 32131148.2580 0.0002 -0.2178 SJRP_GPS GNSS/SP 32329918.1376 0.0414 32329918.3070 0.0003 -0.1694
SAVO_GPS IGS 34887637.7130 0.0407 34887637.9210 0.0003 -0.2080
POLI_GPS GNSS/SP 31967413.2183 0.0383 31967413.4129 0.0003 -0.1946
UFPR_GPS IGS 31238093.4328 0.0384 31238093.6303 0.0003 -0.1975
ROSA_GPS GNSS/SP 31573292.8538 0.0386 31573293.0487 0.0003 -0.1949 PPTE_GPS GNSS/SP 31823995.0423 0.0387 31823995.2382 0.0002 -0.1959 OURI_GPS GNSS/SP 31788246.2173 0.0416 31788246.3881 0.0002 -0.1708 NEIA_GPS GNSS/SP 31479708.4436 0.0505 31479708.5360 0.0003 -0.0924
TABELA 4 – SOLUÇÃO ANUAL 2012 (UP) – LIVRE E ALINHADA AO ITRF2008
ESTAÇÃO Rede Coordenanda
Estimada Livre (m)
sigma (m)
Coordenada Estimada ITRF08 (m)
sigma (m)
desvio UP (m)
BRAZ_GPS IGS 1106.0006 0.0088 1105.9992 0.0006 0.0014
ILHA_GPS GNSS/SP 375.032 0.0087 375.0327 0.0008 -0.0007
CHPI_GPS IGS/GNSS/SP 617.4153 0.0088 617.4180 0.0005 -0.0027
SPCA_GPS GNSS/SP 622.9476 0.0103 622.9593 0.0006 -0.0117
SPAR_GPS GNSS/SP 410.3167 0.0093 410.3238 0.0008 -0.0071
SJRP_GPS GNSS/SP 535.904 0.0092 535.8993 0.0006 0.0047
SAVO_GPS IGS 76.3155 0.0087 76.3120 0.0008 0.0035
POLI_GPS GNSS/SP 730.6211 0.0088 730.6247 0.0007 -0.0036
UFPR_GPS IGS 925.7722 0.0088 925.7786 0.0006 -0.0064
ROSA_GPS GNSS/SP 299.6683 0.0087 299.6710 0.0008 -0.0027
PPTE_GPS GNSS/SP 431.0304 0.0087 431.0326 0.0007 -0.0022
OURI_GPS GNSS/SP 444.8387 0.0094 444.8410 0.0011 -0.0023
NEIA_GPS GNSS/SP 6.0338 0.0148 6.1011 0.0085 -0.0673
Percebem-se desvios sempre em décimos de milímetros para as coordenadas alinhadas ao ITRF 2008, o que indica alta confiabilidade. Para soluções livres encontram-se valores entre poucos milímetros até centímetros (aprox.: 4 cm). As soluções livres de injunção atualmente têm sido usadas para analisar efeitos de sazonalidades para o estudo de regiões. O não uso de um reference frame quando se deseja avaliar sazonalidade remete a não influências externas ao local.
4.2 Repetibilidade Multianual da Rede
A repetibilidade multianual, trienal neste projeto, permitiu estimar o posicionamento final para as estações da Rede GNSS/SP. Foram estimadas as coordenadas geodésicas cartesianas X, Y e Z, bem como as coordenadas no sistema UTM e geradas as respectivas séries temporais multianuais. Os resultados obtidos foram comparados com os divulgados pelo SIRGAS.
Primeiramente, a solução disponível gerada com a repetibilidade multianual para as estações em análise, são os valores da translação finais entre a Rede GNSS/SP processada e o reference frame imposto. Estes parâmetros são estimados em quatro iterações e corrigidos, dessa forma, alinhando a Rede GNSS/SP ao ITRF 2008 vigente. A estimativa dos parâmetros de translação (Tabela 5) entre os sistemas também foi estimada semanalmente para gerar a solução semanal alinhada, esta utilizada nesta etapa de repetibilidade multianual. A solução trienal apresenta os valores semanais (para os três anos) combinados e estimados de forma final.
TABELA 5 – ESTABILIZAÇÃO DA REDE GNSS/SP (translação) Estabilização da Rede GNSS/SP
Eixo Valor (metros) sigma (metros)
X 0.01233 +- 0.00127
Y 0.03831 +- 0.00129
Z 0.02273 +- 0.00089
As soluções do SIRGAS são reduzidas a época 2005,0, sendo assim, para compará-las com o resultado deste processamento trienal da Rede GNSS/SP (Época 2013,0), foi necessário atualizar as coordenadas das estações SIRGAS para a época 2013,0. Por este motivo não é possível comparar os resultados para as estações ILHA, SPCA, SPAR, POLI e OURI, estas não possuem valores de velocidades preliminares divulgados pelo SIRGAS ou IBGE para atualização de coordenadas.
TABELA 6 – COMPARATIVO SIRGAS/GLOBK – ÉPOCA 2013,0
Coordenadas Cartesianas (Época 2013,0)
SIRGAS (atualizadas)
ESTAÇÃO X (m) sigma X (m) Y (m) sigma X (m) Z (m) sigma Z (m)
CHPI 4164613.9004 0.00030 -4162456.9306 0.00030 -2445028.7174 0.00030 SJRP 3885706.9227 0.00280 -4527124.0326 0.00320 -2249399.9980 0.00180 ROSA 3551520.4939 0.00280 -4704836.1592 0.00360 -2428155.5865 0.00210 PPTE 3687624.3894 0.00060 -4620818.7478 0.00060 -2386880.2322 0.00030 NEIA 3875255.0081 0.00390 -4292588.7900 0.00540 -2681108.6400 0.00320
Estimadas GLOBK
ESTAÇÃO X (m) sigma X (m) Y (m) sigma X (m) Z (m) sigma Z (m)
CHPI 4164613.8966 0.00032 -4162456.9320 0.00029 -2445028.7139 0.00018 SJRP 3885706.9103 0.00057 -4527124.0174 0.00062 -2249399.9877 0.00033 ROSA 3551520.4878 0.00064 -4704836.1554 0.00082 -2428155.5819 0.00037 PPTE 3687624.3724 0.00056 -4620818.7379 0.00069 -2386880.2231 0.00033 NEIA 3875255.0568 0.00074 -4292588.8517 0.00084 -2681108.6710 0.00050
Verifica-se que os desvios-padrão (sigmas) atingidos para o processamento no GAMIT/GLOBK apresentam resultados em décimos de milímetros, enquanto os valores fornecidos pelo SIRGAS variam de décimos de milímetros para milímetros (na maioria dos casos). Com isso, é possível avaliar o bom resultado atingido com o processamento trienal no GAMIT/GLOBK para a Rede GNSS/SP.
4.4 Estimativa de Velocidades para a Rede GNSS/SP
Estimar velocidades para diferentes localidades permite analisar a tendência de movimentos da região (a componente com maior índice de velocidade), ou seja, com que velocidade cada uma das componentes (Norte, Este e Up) se movimentam por ano. As velocidades também propiciam atualizar coordenadas para épocas futuras a de estimativa/processamento. Da mesma forma que para o posicionamento, as velocidades da Rede GNSS/SP são estabilizadas conforme o reference frame proposto (quatro iterações) (Tabela 7). Esta estabilização permite avaliar o movimento anual da rede com relação aos três eixos cartesianos.
TABELA 07 – ESTABILIZAÇÃO VELOCIDADES
Estabilização da Rede GNSS/SP (velocidades)
Eixo Valor (metros/ano) sigma (metros)
X -0.02808 +- 0.00065
Y 0.02323 +- 0.00067
Z 0.000962 +- 0.00046
Após a estabilização, foram estimadas as velocidades (Tabela 8, 9 e 10) para cada estação da Rede GNSS/SP com as devidas correções e os resultados apresentados na tabela seguinte. Junto aos valores estimados pelo GLOBK, estão os valores disponíveis no SIRGAS para comparação.
TABELA 8 – VELOCIDADES ESTIMADAS (GLOBK) - NORTE
ESTAÇÃO Rede Velocidade
Estimada (m/ano) sigma (m/ano) Velocidade
SIRGAS (m/ano) sigma (m/ano)
ILHA_GPS GNSS/SP 0.01327 0.00015 - -
CHPI_GPS IGS/GNSS/SP 0.01167 0.00005 0.0124 0.0007
SPCA_GPS GNSS/SP 0.01188 0.00008 - -
SPAR_GPS GNSS/SP 0.0109 0.00012 - -
SJRP_GPS GNSS/SP 0.01186 0.00012 0.0123 0.0017
POLI_GPS GNSS/SP 0.01169 0.0001 - -
ROSA_GPS GNSS/SP 0.0079 0.00019 0.0080 0.0009
PPTE_GPS GNSS/SP 0.01177 0.00015 0.0120 0.001
OURI_GPS GNSS/SP 0.01041 0.00012 - -
NEIA_GPS GNSS/SP 0.011 0.00013 0.0101 0.0015
TABELA 9 – VELOCIDADES ESTIMADAS (GLOBK) - ESTE
ESTAÇÃO Rede Velocidade
Estimada (m/ano) sigma (m/ano) Velocidade
SIRGAS (m/ano) sigma (m/ano)
ILHA_GPS GNSS/SP -0.00436 0.00012 - -
CHPI_GPS IGS/GNSS/SP -0.00366 0.00008 -0.0031 0.0005
SPCA_GPS GNSS/SP -0.00392 0.00011 - -
SPAR_GPS GNSS/SP -0.00417 0.00009 - -
SJRP_GPS GNSS/SP -0.00422 0.00011 -0.0046 0.0016
POLI_GPS GNSS/SP -0.00373 0.00013 - -
ROSA_GPS GNSS/SP -0.00132 0.00013 -0.0013 0.0018
PPTE_GPS GNSS/SP -0.00353 0.00011 -0.0023 0.0008
OURI_GPS GNSS/SP -0.00157 0.00011 - -
NEIA_GPS GNSS/SP -0.00346 0.00018 -0.0033 0.0018
TABELA 10 – VELOCIDADES ESTIMADAS (GLOBK) - UP
ESTAÇÃO Rede Velocidade
Estimada (m/ano) sigma (m/ano) Velocidade
SIRGAS (m/ano) sigma (m/ano)
ILHA_GPS GNSS/SP 0.00185 0.00053 - -
CHPI_GPS IGS/GNSS/SP 0.00193 0.00024 0.0022 0.0008
SPCA_GPS GNSS/SP 0.00073 0.00036 - -
SPAR_GPS GNSS/SP 0.00094 0.00041 - -
SJRP_GPS GNSS/SP 0.00372 0.00046 0.0090 0.002
POLI_GPS GNSS/SP 0.00168 0.00042 - -
ROSA_GPS GNSS/SP -0.00166 0.00057 -0.0025 0.0023
PPTE_GPS GNSS/SP 0.00211 0.00049 0.0058 0.0013
OURI_GPS GNSS/SP -0.00241 0.00043 - -
NEIA_GPS GNSS/SP -0.00034 0.00058 0.0037 0.0024
Os resultados obtidos e comparados com o SIRGAS provam que as estações da Rede GNSS/SP apresentam forte tendência de movimento para o sentido NORTE, de aproximadamente 1 (um) centímetro por ano. Os valores
estimados pelo GLOBK são similares aos disponibilizados pelo SIRGAS, porém estimados na época 2013,0, colaborando a atualização do mapa de velocidade das estações processadas. Após a estimativa de velocidades foi gerado um mapa (Figura 7) que indica a tendência de movimento da Rede GNSS/SP com relação ao seu reference frame.
Fig. 7– Tendência de Movimento da Rede GNSS/SP (Mapa de Velocidades)
O mapa representado acima mostra a tendência de movimento para a Rede GNSS/SP. Conclui-se que a rede movimenta-se com maior intensidade para o sentido Norte, justificando os valores encontrados na estimativa das velocidades.
4.5 Plotagem de Séries Temporais
4.5.1 Anual – Estimativa Semanal (Livres ou Alinhadas ao ITRF08)
Foram geradas três séries temporais para cada estação da rede em estudo, isto é, uma série para cada uma das coordenadas (N, E, U). Como exemplo, foi escolhida a estação PPTE (Presidente Prudente – SP).
Fig. 8 - Séries Temporais PPTE 2010 (Livres de Injunção)
Fig. 9 - Séries Temporais PPTE 2010 (ITRF2008)
Os resultados apresentados pelas séries temporais da estação PPTE alinhadas ao ITRF2008, mostram que as incertezas, quando definido um reference frame preciso, são bem menores e confiáveis. Sendo assim, justifica-se o uso de soluções alinhadas ao ITRF para que possam ser feitas análises acuradas quanto ao processo de deformação da área e sobre tendências de movimentos presentes na rede. Um reference frame consistente, isto é, preciso e acurado, permite a geração de soluções semanais confiáveis para o estudo do comportamento da Rede GNSS/SP.
4.5.2 Multianual – Estimativa Semanal (Alinhadas ao ITRF08) – 2010, 2011 e 2012
A repetibilidade multianual permite uma análise muito mais precisa e confiável para uma estação de monitoramento contínuo. Uma vez que o tempo de aquisição e processamento dos dados é superior a um ano, é possível eliminar estimativas de tendências que possam ser confundidas com ciclos sazonais da área em que a estação se encontra. Como se pode ver na figura 30, as componentes Norte e Este apresentam ciclos sazonais repetidos anualmente, o que indica um movimento constante da área estudada. Mesmo com presença de ciclos, a estação PPTE apresenta maior tendência de movimento para o sentido Norte. Este fato é comprovado quando analisadas as velocidades estimadas para cada estação presente na Rede GNSS/SP.
Fig. 10 - Série Temporal PPTE Trienal (ITRF2008)
5. CONCLUSÃO
A função de uma rede de monitoramento contínuo é investigar os movimentos presentes na superfície terrestre ao longo do tempo, no caso a Rede GNSS/SP, investiga a deformação de seu conjunto de estações através da coleta de dados de satélites GNSS. A análise temporal permite a estimativa de soluções consistentes quanto ao posicionamento preciso e velocidades anuais, o que permite comprovar o movimento da região para uma das componentes (Norte, Este ou Up).
Neste projeto, os resultados obtidos após um intenso estudo quanto à estratégia correta para os três anos de processamentos e combinações propostos, permitiu a estimativa de resultados precisos para a Rede GNSS/SP. Os resultados, quando comparados com um dos principais Centros de Processamentos e Combinações do mundo (SIRGAS), mostraram-se consistentes e acurados, com precisões muitas vezes em décimos de milímetro.
Os resultados obtidos são frutos de uma estratégia ideal para a rede estudada, uma rede de pequena extensão (regional), que necessita de cuidados específicos quanto aos parâmetros globais utilizados para grandes densificações do IGS. Foi possível estimar as velocidades para cada uma das estações da Rede GNSS/SP, oferecendo resultados ainda não estimados (divulgados) para algumas estações, e os demais, comparados com os resultados do SIRGAS. Séries temporais multianuais também foram geradas neste projeto, colaborando com a análise dos movimentos para cada estação da Rede GNSS/SP. Por fim, conclui-se que a eficiência do GridUNESP contribui para realização de pesquisas na área de posicionamento geodésico, principalmente para grandes processamentos e combinações. A plataforma garantiu agilidade de processamento e sucesso no armazenamento e retorno dos dados processados.
AGRADECIMENTOS
À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), ao NCC/Suporte GridUNESP e ao Laboratório de Geodésia Espacial da FCT UNESP de Presidente Prudente, por tornarem esta pesquisa possível.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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