REDE SIRGAS-N (RBMC): PROCESSAMENTO NO GRIDUNESP
SIRGAS-N (RBMC) network: processing in GridUNESP
Caio Henrique Chisóstomo Mendonça
1João Carlos Chaves
2Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" - UNESP
1
Curso de Graduação em Engenharia Cartográfica, Presidente Prudente - SP caiomendonca94@gmail.com
2
Departamento de Cartografia, Presidente Prudente - SP jcchaves@fct.unesp.br
RESUMO
A superfície terrestre é fragmentada em placas tectônicas (litosféricas) que estão em constante movimentação e em diversas direções. O estudo do processo de deformação vem se intensificando com o avanço da tecnologia por posicionamento por satélite artificial, por exemplo, o Global Navigation Satellite System (GNSS), uma vez que o processamento dos dados estima a posição de cada estação terrestre, proporcionando verificar a tendência do movimento. Este projeto analisa as estações da Rede SISRGAS-N, principalmente as vinculadas a Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS (RBMC), com base nos programas científicos GAMIT e GLOBK para o processamento dos dados. Esta pesquisa se utiliza dos seguintes ambientes de processamento: servidor local da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da UNESP, Campus de Presidente Prudente, como parâmetro inicial, e o GridUNESP do Núcleo de Computação Científica (NCC), como nova ferramenta de processamento de dados GNSS. O objetivo desta pesquisa consiste na determinação do processo de deformação do território brasileiro, em função das posições das estações da Rede SIRGAS-N (RBMC), que possibilita a determinação da série temporal de cada estação. O servidor local faz a aquisição das efemérides (transmitidas e precisas) e dos arquivos RINEX e globais. A etapa seguinte equivale ao processamento com o GAMIT, que fornece as soluções diárias. Posteriormente, o GLOBK combina as soluções do GAMIT, para gerar as soluções semanais e a série temporal. O GridUNESP tem funcionamento similar ao servidor local, sendo o seu diferencial a automação do processo, com pequenas alterações na linguagem de comando, fato que não influencia no resultado final. A execução do processamento se faz com o arquivo de comando (commands.sh), no GridUNESP. O arquivo compactado (*.zip) contêm as soluções diárias, o posicionamento das estações, as séries temporais e a solução semanal. No ambiente GridUNESP, o usuário submete mais de um "job" (denominação do processamento neste ambiente), por vez. As análises dos processamentos realizados no servidor local e no GridUNESP permitem observar que ambos ambiente retornam soluções (coordenadas) com valores satisfatórios. Mendonça e Chaves (2013) apresentam discrepâncias no tempo de processamento e nas coordenadas, quando da execução dos processamentos com a estratégia padrão, fato que merece ser investigado. Partindo deste pressuposto, na realização desta pesquisa, o processamento dos dados a ser realizado com as estações da Rede SIRGAS-N (RBMC) e com a mesma estratégia de processamento para ambos ambientes, espera-se obter valores mais concisos para análise de deformação do território. Planeja-se a utilização de no mínimo 06 estações para a “estabilização” (jargão do GLOBK) do reference frame, considerando o ano de 2010. Assim, com a execução e análise do processamento, obtêm-se a série temporal e a discrepância entre as coordenadas de cada estação utilizada, de fundamental relevância na determinação da deformação da Rede investigada. Devido a arquitetura do GridUNESP possuir maior capacidade de armazenamento e processamento de uma densa quantidade de dados, sendo superior ao do servidor local, há viabilidade deste se tornar uma tendência como ferramenta de processamento de dados GNSS.
Palavras chaves: GridUNESP, Deformação do Território, Processamento GNSS, Rede SIRGAS-N.
ABSTRACT
The terrestrial surface is fragmented in many tectonic plates (lithospheric) that are in continuous movement for various directions. The study about the deformation process have come intensifying with the advance of technology of positioning by artificial satellite, for example, the Global Navigation Satellite System (GNSS), once that data
processing estimate the position of each terrestrial station, providing the verification of tendency the movement. This project will make analysis the stations of SIRGAS-N Network, principally the belonging the Rede Brasileira de Monitorametnto Contínuo dos Sistemas GNSS (RBMC), with base in GAMIT and GLOBK scientific software for data processing. This research use the following processing environments: the local server of Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da UNESP, Campus de Presidente Prudente, how initial parameter, and the GridUNESP of Núcleo de Computação Científica (NCC), how new tool of data processing GNSS. The objective this research is to determination of deformation process of Brazilian territory, in function of positions the stations of SIRGAS-N (RBMC) Network, that make possible the determinations of times series in each stations. The local server make the acquisition of ephemerides (broadcast and precise) and the RINEX archives and global archives. The next step is the GAMIT processing, that provide the daily solutions. After, the GLOBK combines the GAMIT solutions, to generate weekly solutions and the time series. The GridUNESP have the same operation the local server, being your differential the process automation, wirh little alterations in commands language, but this do not influence the final result. The execute of processing does with commands archive (commands.sh), in the GridUNESP. The compacted archive (*.zip) have the daily solutions, the stations positioning, the times series and the weekly solutions. In the GridUNESP environment, te user can submit more than one "job" (designation of processing in this environment), for times. The analysis of processing did in local server and Grid UNESP allow observe that both environment, the solutions returned (coordinates) with satisfactory value. Mendonça and Chaves (2013) show discrepancies in time of processing and in coordinates, when of execute the processing with the default strategy, fact that need to be investigated. Starting of this information, to execute this research, the data processing will be performed with stations of SIRGAS-N (RBMC) Network and with the same strategy of processing for the two environment, wait get value more precise for territory deformation analysis. It is planned use in the minimum 06 stations for "stabilization" (slang of GLOBK) of reference frame, considering the 2010 year. So, with the execute and analysis of processing, get the time serie and the discrepancy between the coordinates of each station used, it is very important in determinations of deformation in network investigated. ue the Grid UNESP architecture have large storage capacity and processing of the dense amount of data, being superior th local server, have viability this become a tendency how tool of GNSS data processing.
Keywords: GridUNESP, Deformation of Territory, GNSS Processing, SIRGAS-N Network.
1. INTRODUÇÃO
A superfície terrestre, ou, litosfera, consiste em uma camada do planeta Terra, fragmentada em placas rígidas e móveis, denominadas placas tectônicas (litosféricas), encontrando-se logo acima da astenosfera, ou, manto terrestre. Devido movimentação constante destas placas nas mais diversas direções, alterações na forma física da superfície terrestre são inevitáveis, ao longo do tempo.
Nos limites das áreas das placas tectônicas, denominadas áreas de conflito, ou, popularmente chamadas de áreas de divisa ou de choque de placas, são os lugares mais afetados com a movimentações destas placas, apresentando maiores mudanças morfológicas ao longo dos anos. Regiões situadas no interior de placas, antes consideradas seguras, atualmente, são estudadas por apresentarem deformações consideráveis ao longo de vários anos, além de não estarem livres de atividades sísmicas, como no caso do Brasil.
Com o avanço da tecnologia de posicionamento via satélite artificial, como, por exemplo, o Global Navigation
Satellite System (GNSS), e o uso de estações receptoras em solo terrestre, contribuem em larga escala com a análise do
processo de deformação do sistema terrestre, uma vez que o processamento dos dados GNSS e a estimativa da posição de cada estação terrestre ao longo dos anos proporcionam verificação das variações das coordenadas no local de estudo, assim como a tendência do movimento.
Neste projeto, são analisadas estações da Rede SIRGAS-N, principalmente as vinculadas a Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS (RBMC), fazendo a análise do processo de deformação do território brasileiro, com base nos programas científicos GAMIT e GLOBK para o processamento dos dados. Esta pesquisa utiliza como ambiente de processamento o servidor local da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da UNESP, Campus de Presidente Prudente, como parâmetro inicial, e o GridUNESP do Núcleo de Computação Científica (NCC) também da UNESP, Campus da Barra Funda, como nova ferramenta de processamento de dados GNSS. Cabe lembrar que para a execução do processamento dos dados GNSS é necessário uma carga excessiva de dados, que demanda tempo e cuidado para que todos os arquivos necessários estejam corretos.
Assim, o objetivo desta pesquisa é analisar o processo de deformação do território brasileiro, com base no processamento de dados das estações da Rede SIRGAS-N, vinculadas a RBMC, que possibilita a determinação da série temporal de cada estação, além de tornar possível a utilização do GridUNESP como ferramenta de processamento e processamento de dados GNSS.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Esta seção contém os fundamentos sobre a RBMC, a tecnologia GNSS, os processamentos (GAMIT e GLOBK) de dados GNSS (GPS), as séries temporais e velocidade.
2.1 Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS (RBMC)
Com o advento da tecnologia GPS (Global Positioning System) e seu posterior desenvolvimento, levantamentos cuja finalidade é a determinação de coordenadas geodésicas de pontos de interesse no terreno ou próximo deste, passaram a ser realizados via receptores GPS. Assim, surgiu a necessidade da implantação de estações de monitoramento contínuo no território brasileiro, a fim de auxiliar na execução de levantamentos geodésicos e, em muitos casos, evitar o uso de outro receptor, quando se utiliza do método de posicionamento relativo, uma vez que não é necessário ocupar as estações de referência.
Atualmente, a RBMC conta com 101 estações ativas em todo território nacional (RBMC, 2014), onde a maior parte destas concentra-se na região sudeste do país, onde somente no estado de São Paulo se encontram 12 destas estações, constituindo a Rede GNSS-SP, vinculada à RBMC.
Os dados RINEX coletados nas estações GNSS são disponibilizados diariamente no servidor do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), desta forma, a RBMC tornou-se uma rede de grande importância no desenvolvimento de pesquisas relacionadas ao processo de deformação do sistema terrestre para o território brasileiro, que está situado no interior da placa Sul-Americana.
2.2 A tecnologia GNSS
Para que se torne possível o processamento de dados GNSS (GPS), nesta pesquisa, para fins de fornecer as coordenadas geodésicas dos pontos estudados, é necessário preparar os dados preliminares, como as efemérides (transmitidas e precisas) dos satélites, ou seja, uma síntese que trás informações sobre a posição de cada satélite pertencente à constelação GNSS (GPS) para um determinado dia.
As efemérides são divididas em dois grupos, as efemérides transmitidas e as efemérides precisas. As efemérides transmitidas (broadcast ephemeris) proporcionam uma aproximação inicial da posição dos satélites e são disponibilizadas pelos Centros de Processamento (CP) do Sistema GNSS (GPS) pertencentes ao Serviço Internacional GNSS (IGS – International GNSS Service), dentre eles os CPs do Sistema Geocêntrico de Referência para as Américas (SIRGAS – Geocentric Reference System for the Americas), no final de cada dia. As efemérides precisas (precise
ephemeris) são obtidas de um pós processamento das efemérides transmitidas, proporcionando uma melhor precisão ao
usuário do Sistema GNSS (GPS), sendo esta disponibilizada somente 13 dias após o dia do levantamento de campo. É necessário, ainda, além das efemérides, os dados brutos de observação do receptor GNSS (GPS), disponibilizados para o início de um processamento. Estes dados são convertidos para o formato RINEX (Receiver
Independent Exchange Format), que contém a medição da pseudo distância entre o receptor e cada satélite observado e
as informações da fase da onda portadora.
Com base nos arquivos de dados e de efemérides, realiza-se o processamento de dados GNSS (GPS), obtendo-se, assim, as coordenadas geodésicas e suas séries temporais para as estações de monitoramento de interesse nesta pesquisa. Em função dos resultados advindos dos processamentos, realiza-se o estudo do processo de deformação do Sistema Terrestre.
2.3 Processamentos de dados GNSS (GPS)
Dentre os vários programas científicos de processamento de dados GNSS (GPS) disponíveis, utiliza-se, nesta pesquisa, os desenvolvidos pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology), GAMIT e GLOBK, para fins científicos nas Instituições de Ensino Superior (IES).
O GAMIT é um programa constituído pela junção de vários outros programas ou módulos para a realização do processamento de dados GNSS (GPS), estimando a posição tridimensional de pontos na superfície terrestre e de satélites. As soluções geradas pelo GMIT servem como parâmetro de entrada para o GLOBK.
O programa GLOBK se utiliza do Filtro de Kalman com a função de combinar soluções geodésicas, como por exemplo, GNSS, VLBI e SLR, a fim de proporcionar uma solução única para vários dados geodésicos espaciais. Na maioria dos casos, os dados de entrada proveniente do GAMIT possuem injunções fracas (1 m) e suas soluções são combinadas no GLOBK (glorg, glred) para obter uma precisão aceitável.
2.3.1 GAMIT
Para as estimativas (preliminares) das coordenadas com a utilização do programa científico GAMIT, uma série de programas e módulos de programas interligados entre si são utilizados, sendo controlados com uso do script
sh_gamit. Apesar serem executados automaticamente, estes podem ser rodados separadamente, proporcionando ao
usuário soluções intermediárias que permite a análise do experimento conforme seu avanço. Desta forma pode-se evitar, ou, corrigir possíveis erros despercebidos pelo processo automatizado. Um dos módulo importante é o solve, que estima
os parâmetros através do métodos dos mínimos quadrados, criando os h-files que são dados de estrada para que o GLOBK combine as soluções (HERRING T. A., KINGS R. W., McCLUSKY S. C., 2010).
2.3.2 GLOBK
De mesma forma que o GAMIT, o GLOBK também trabalha em módulos que podem ser executados por um script únicos (sh_glred) ou rodados separadamente para análise das soluções parciais. Este programa utiliza-se dos
h-filies gerados pelo GAMIT, para definir suas soluções e uma solução única ao final do processamento de dados GNSS
(GPS) (HERRING T. A., KINGS R. W., McCLUSKY S. C., 2006a). As soluções do GLOBK podem ser encontradas no diretórios /gsoln, gerado com a execução do programa.
2.4 Séries Temporais e Velocidades
Após a realização do processamento com os programas científicos GAMIT e GLOBK, é possível gerar a série temporal para cada estação utilizada no experimento. O GLOBK combina as soluções diárias do GAMIT, e plota os valores das coordenadas de cada dia (Norte, Este e Up), formando três gráficos temporais. É importante o gráfico conter um longo período de processamento de dados GNSS (GPS) para uma boa análise, sendo o ideal superior à dois anos. Através deste gráfico é possível perceber as tendências de movimentos na região onde se encontra a estação e determinar a velocidade com que esta está se movimentando em cada uma das componentes.
3 METODOLOGIA
Nesta seção é apresentado a escolha das estações GNSS (GPS) para o processamento de dados em ambos ambientes, os comandos para aquisição dos arquivos e efemérides, e comandos para o processamento (GAMIT e GLOBK) de dados GNSS (GPS).
3.1 - Escolha das estações GNSS (GPS)
Feita a revisão de referências bibliográficas que abordam o assunto estudado nesta pesquisa e de leituras nos manuais dos respectivos programas científicos utilizados, deu-se início a fase de escolhas das estações a serem utilizadas para à análise dos dados de processamento GNSS (GPS) em ambos ambientes.
Na realização deste projeto, optou-se por realizar o processamento de dados para uma determinada época do ano de 2010, utilizando-se estações pertencentes a Rede SIRGAS-N, sendo estas vinculadas a RBMC. Baseado no relatório do IBGE que faz a análise dos dados da RBMC, foram escolhidas as 07 estações em pertencentes a Rede SIRGAS-N (RBMC) para o ano de 2010. As estações escolhidas foram: BRAZ, BRTF, CHPI, POVE, SALU, SAVO e UFPR. Cabe lembrar que são necessárias seis estações para a "estabilização" (jargão do GLOBK) de um bom reference
frame, logo o número de estações escolhias é suficiente para atender esta condição.
A Fig. 1 mostra a distribuição destas estações no território nacional:
3.2 Preparação dos dados
O acesso ao servidor local da FCT/UNESP de Presidente Prudente, assim como no GridUNESP, é realizado através do ambiente UNIX, proporcionado pelo software PuTTY. Este programa é gratuito de SSH (Secure Shell) que permite a realização de comando para a busca de dados para um usuário autorizado, muito similar a plataforma Linux.
Através deste ambiente, é criado no servidor local da FCT/UNESP o diretório do experimento (por exemplo,
/EXPT) onde será realizado o processamento dos dados GNSS (GPS). Dento deste diretório, são criados outros três
diretórios para armazenamento das efemérides (precisas e transmitidas) e arquivos RINEX, armazenando cada tipo de arquivo em um diretório distinto.
3.2.1 Aquisição das Efemérides Transmitidas
No diretório criado para armazenamento das efemérides transmitidas (/brdc), é executado o comando do GAMIT apresentado pela equação (1), que faz a busca das efemérides transmitidas diretamente no servidor do CDDIS (Crustal Dynamics Data Information System) pertencente a NASA.
sh_get_nav -archive cddis -yr YYYY -doy DDI -ndays DDF (1)
Onde, sh_get_nav faz com que o programa GAMIT busque os dados de navegação, cddis indica o servidor de onde os dados serão extraídos, -yr indica o ano de busca (YYYY), -doy dia inicial (DDI) de busca de dados para o respectivo ano e -ndays por quantos dias a busca persiste (DDF).
3.2.2 Aquisição das Efeméride Precisas
Similar ao comando anterior, porém outro comando do sh_get é executado para fazer a aquisição das órbitas precisas. Esta são armazenadas no diretório /igs.
sh_get_orbtis -archive cddis -yr YYYY -doy DDI -ndays DDF (2)
O comando mostrado na equação (2), apresenta como única alteração na sintaxe do comando sh_get, substituindo nav por orbtis. Assim, são obtidas as efemérides precisas para o período e ano desejado.
3.2.3 Aquisição dos arquivos RINEX
Os arquivos RINEX diários das estações pertencentes a Rede SIRGAS-N (RBMC), ou, também conhecidos como arquivos brutos, são disponibilizados no servidor de FTP (ftp://geoftp.ibge.gov.br/RBMC/) do IBGE. Para as estações utilizadas nesta pesquisa, os arquivos RINRX também são disponibilizados no servidor do CDDIS. A aquisição destes arquivos pelo servidor do CDDIS também é feita com um comando do sh_get, sendo este o
sh_get_rinex apresentado pela equação (3).
sh_get_rinex -archive cddis -yr YYYY -doy DDI -ndays DDF -sites xxxx xxxx (3)
Onde -sites invoca as estações (exemplificas por xxxx) nas quais os arquivos RINEX serão buscados. Os dados adquiridos são armazenados no diretório /rinex.
3.2.4 Arquivos Globais
Algumas informações consideradas globais e padrão necessitam ser fornecidas para que todos os módulos do GAMIT possam ser executados de maneira correta. Para a aquisição destes arquivos é executado o comando sh_setup referente ao ano de processamento considerado, visto que tais arquivos são atualizados anualmente. Com a execução do script apresentado na equação (4) gera-se diretório /tables contendo os arquivos globais.
sh_setup -yr YYYY (4)
Alguns desse arquivos são exemplificado a seguir: process.defauts, arquivo que contém a programação padrão a ser executada, podendo ser editado de acordo com o processamento desejado; sites.defauts, define as estações a serem usadas no processamento e como seus meta-dados serão utilizados; station.info, contém os detalhes de cada estão cadastrada, como modelo do receptor, altura da antena, tipo de antena, etc.; sestbl. e sittbl., arquivos que definem condições apropriadas para o processamento (verifica as injunções). No arquivo sittbl. é importante verificar se as injunções propostas (geralmente injunções fortes) para as estações estão compatíveis com o arquivo apr file (itrf00 ou
itrf05, que definem o reference frame); coordinate files, contém coordenadas (posição e velocidade) à priori das
estações cadastradas, arquivo que geralmente não é alterado. Estas coordenadas (em sistema cartesiano) são utilizadas no processamento do GAMIT (CAVALHERI,2013).
Estes são os principais arquivos a serem mencionados, porém vários outros são necessários, como coordenadas do polo (pole.), cargas oceânicas (otl.), tabelas de nutação (nutabl.), entre outros arquivos globais.
3.3 PROCESSAMENTO
Após a aquisição dos dados necessários, sendo estes armazenados corretamente, torna-se possível o início do processamento dos dados GNSS (GPS) como descrito a seguir.
3.3.1 Servidor local
Aqui são apresentados os comando executados para o processamento de dados GNSS (GPS) através dos programas GAMIT e GLOBK no servidor local, com a respectiva análise que deve ser realizada após a execução de cada comando.
3.3.1.1 GAMIT
Para realizar o processamento com o GAMIT, deve ser executado o script sh_gamit. Este comando executa o processamento dos dados GNSS (GPS) fornecidos e gera as soluções que servirão de dados de entrada para o GLOBK. Na equação (5) é apresentado o comando na integra.
sh_gamit -expt EXPT -s YYYY DDI DDF -noftp >&! sh_gamit.log (5)
Onde, -expt EXPT realiza o processamento no diretório do experimento (/EXPT), -s indica que será informado o ano (YYYY), dia inicial (DDI) e dia final (DDF) do processamento e, -noftp não busca nenhum dado fora do sistema operacional (HERRING T. A., KINGS R. W., McCLUSKY S. C., 2006b).
Assim, as primeiras soluções para a pesquisa são fornecidas pelo GAMIT, sendo criados diretórios para cada dia de processamento contendo as soluções diárias. Em cada um desses diretórios contem um arquivo summary, e através deste é possível analisar se o processamento ocorreu corretamente. Cabe lembrar que em alguns casos os dados de uma determinada estação não estão bons para um determinado dia, portando podem ser descartados para não influenciar na confiabilidade do processo. Desta forma, se alguma estação for excluída de um dia de processamento, é aconselhável investigar as causas deste fato.
São encontrados ainda em cada diretório os arquivos q-file, que disponibilizam a solução do GAMIT. Se o arquivo q-file possuir a terminação "p", este é solução preliminar. Porém se o arquivo q-file estiver com a terminação "a", significa que é a solução final do GAMIT. Este arquivos, juntamente com o h-file, que também é gerado pelo GAMIT, são utilizados pelo GLOBK na combinação das soluções semanais. Nos arquivos h-file está contida a matiz covariância das observações e as soluções ditas como fracamente injuncionadas (loosely constarined) necessárias para a combinação das soluções.
Se caso algum erro fosse detectado nesta fase do processamento por qualquer um dos módulos operacionais do GAMIT, o fato seria reportado no arquivo GAMIT.fatal. Não sendo gerado este arquivo, conclui-se que erros considerados grosseiros não ocorreram. Não havendo nenhum problema com o processamento realizado pelo GAMIT, a etapa seguinte é a execução do GLOBK através do script sh_glred.
3.3.1.2 GLOBK
Em seguida é executado o GLOBK para que este combine as soluções oferecidas pelo GAMIT, determinando assim a posição das estações processadas para cada dia solicitado e desta forma gerando a sua série temporal. O script utilizado para o fornecimento da solução é o sh_glred mostrado pela equação (6), devendo este ser executado em correto ambiente e com os parâmetros necessários. Com a execução deste script são executados os módulos glred, glonk e glorg simultaneamente, diminuindo o processo e facilitando a interação com o programa, auxiliando usuários inexperientes.
sh_glred -expt EXPT -s YYYI DDI YYYF DDF -opt H G E >&! sh_glred.log (6)
Onde, -expt indica o diretório (/EXPT) para realização do processamento, -s indica os anos de início e fim do processamento, intercalados por seus respectivos dias de início e termino e, -opt H G E são opções, onde H indica ao
sh_glred para que este traduza os h-files gerados pelo GAMIT e os transfira para um novo diretório (/glbf), a opção G
serve para rodar o sh_glred e a opção E implica a geração de séries temporais (HERRING T. A., KINGS R. W., McCLUSKY S. C., 2006b).
Realizado o script na equação (6), torna-se necessário a verificação dos diretórios criados, sendo o principal o diretório /gsoln, uma vez que este contém todas as soluções esperadas. Neste diretório deve-se verificar se nenhum arquivo de erro foi gerado (GLOBK.fatal) e analisar se foram criados os arquivos diários com as soluções de posicionamento e velocidade (.gdl; .log; .org; .prt).
É de grande importância verificar também o arquivo VAL.expt, sendo que este contem os dados coletados diariamente a solução final com o ajustamento e precisão estimada. O arquivo SUM.expt fornece a solução final. Já as séries temporais que foram geradas para as estações processadas são dadas pelo arquivo psbase_expt.NAME, sendo que "name" é a sigla da estação considerada.
3.3.2 GridUNESP
O GridUNESP tem funcionamento similar ao servidor local, ou seja, para a realização do processamento de dados GNSS (GPS) este também se utilizada dos comandos sh_gamit e sh_glred descritos nas subseções 3.3.1.1 e 3.3.1.2, respectivamente. Assim, o diferencial do GridUNESP está na automação do processo, uma vez que não se torna necessário a execução dos comandos passo a passo.
Devido a arquitetura Grid para que os programas GAMIT e GLOBK, que possuem uma arquitetura complexa e antiga, possam ser executados normalmente no GridUNESP algumas alterações na linguagem de comando foram realizas pelo suporte do GridUNESP. Foram feitas alterações nos comando sh_gamit e sh_glred, retirando partes das linhas de comando para adequação dos programas científicos neste ambiente. É importante lembrar que estas alterações na linguagem de comando não influenciam no resultado final do processamento.
Os processamentos anteriormente realizados como teste no GridUNESP obtiveram sucesso e apresentaram os resultados esperados, porém na realização dos teste e nos experimentos a serem apresentados nesta pesquisa, surgiu a dificuldade na obtenção das efemérides e os arquivos RINEX a partir do "job" (denominação do processamento neste ambiente) submetido. Juntamente com o suporte do GridUNESP, medidas estão sendo tomadas para sanar esta dificuldade. Para a realização do processamento nesta pesquisa os dados iniciais são adquiridos via servidor local, os arquivos obtidos são compactados (*.zip), transferidos ao GridUNESP e desta maneira é realizado o processamento normalmente. Deve-se utilizar o arquivo de comando da equação (7) para a realização do processamento no GridUNESP.
# setup env sh_setup -yr YYYY
sed -i "s/itrf05.apr/regional.apr/" tables/process.defaults
sed -i "s/set mailto = ''/set mailto = 'USER@mail.com'/" tables/process.defaults # run gamit
sh_gamit -s YYYY DDI DDF (7) sh_glred -s YYYI DDI YYYF DDF -expt EXPT -opt H G E
# pack output zip -ry output.zip * exit 0
Os comandos acima descritos são salvos no arquivo que comando commands.sh, em formato UNIX, inserido no diretório onde será realizado o processamento e executado. Nas linhas descritas neste arquivo de comando está contido a sequencia de execução do processamento a ser seguida.
É necessário ainda a utilização de outro arquivo, exemplificado na equação (8), o geosirgas.go. Este arquivo faz com que o processamento de dados GNSS (GPS) seja ativado no GridUNESP, sendo executado através do comando
go. A denominação Geosirgas é referente ao projeto cadastrado no GridUNESP que envolve o processamento de dados
GNSS (GPS).
APP=gamit
INPUT="brdc.zip igs.zip rinex.zip commands.sh"
OUTPUT="output.zip" (8) QUEUE=short
Ao acionar o comando go geosirgas.go, este ativa os programas científicos GAMIT e GLOBK no GridUNESP, executando o procedimento descrito no arquivo commands.sh. Ao final do processamento é enviado ao usuário uma notificação via email e gerada a solução final em um arquivo em formato compactado (*.zip), que é transferido para o desktop para análise dos dados. Neste arquivo de saída (output.zip) estão contidos todos os diretórios e arquivos de processamento (/brdc, /igs, /rinex, /gsoln, /tables, etc.) descritos nas subseções 3.3.1.1 e 3.3.1.2, referentes ao processamentos de dados GNSS (GPS) nos programas GAMIT e GLOBK, idem ao processamento no servidor local. 4 EXPERIMENTO COM DADOS DA REDE SIRGAS-N (RBMC)
A descrição do experimento com dados da Rede SIRGAS-N (RBMC) executado, referente ao processamento de dados GNSS (GPS) tanto no servidor local FCT/UNESP, quanto no GridUNESP do NCC/UNESP e os respectivos resultados obtidos são apresentados nesta seção.
Como dito anteriormente, nesta pesquisa busca-se fazer o processamento de dados GNSS (GPS) para as 07 estações da Rede SIRGAS-N vinculadas a RBMC uma determinada época do ano de 2010, verificando suas séries
temporais e coordenadas geradas pela combinação feita com o GLOBK com base nas soluções do GAMIT, a fim de analisar o processo de deformação do território nacional. No experimento executado optou-se por fazer o processamento para todo o mês de janeiro de 2010, que corresponde ao intervalo entre os dias 001 e 031 do calendário GPS no ano de 2010.
Para a realização de ambos experimentos as efemérides (transmitidas e precisas) e os arquivos RINEX foram obtidos via CDDIS através do servidor local fazendo uso dos comandos apresentados nas equações (1), (2) e (3) e armazenados nos seus respectivos diretórios. Estes arquivos fora transferidos ao desktop, compactados (*.zip) e transferidos para o GridUNESP para a realização do processamento neste ambiente. Este fato garante que os dados GNSS (GPS) iniciais utilizados no processamento em ambos ambientes sejam idênticos. Nesta etapa inicial também foram adquiridos os arquivos globais necessárias ao processamento através do comando da equação (4). Após a obtenção de todos os dados iniciais deu-se inicio a fase de processamento e análise dos resultados obtidos.
4.1 Servidor local
Para a execução do experimento foi criado o diretório /cbcj onde os dados inicias foram armazenados. Inicialmente executou-se o comando sh_gamit descrito na equação (5) realisando o processamento dos dados no programa GAMIT, gerando as soluções que servirão de dados de entrada para o GLOBK. O comando executado para este experimento é mostrado pela equação (9).
sh_gamit -expt cbcj -s 2010 001 031 -noftp >&! sh_gamit.log (9)
Este comando foi executado dia 27 de junho de 2014 às 16 h 32 min e 55 s e finalizando às 18 h 18 min 35 s do mesmo dia, totalizando 01 h 45 min e 40 s para a realização do processamento. Assim como descrito na subsessão 3.3.1.1, foram criados diretórios para cada dia de processamento contendo as soluções diárias. Os arquivos do GAMIT foram analisados seguindo as instruções anteriormente descritas, verificando que o resultado obtido foi satisfatório. Na Fig. 2 é mostrado um trecho do arquivo summary do dia de processamento 016, dando destaque ao número de arquivos usados e o horário de criação deste arquivo.
Fig. 2 - Trecho do arquivo sumário para o dia de processamento 016
Analisando este arquivo, conclui-se que o GAMIT teve normal funcionamento para realizar as funções de processamento a ele atribuídas. Foram analisados ainda outros arquivos gerados pelo GAMIT que comprovam a sua correta execução, sendo importante a análise do arquivos q-file (terminação em "a") que fornece as soluções finais do GAMIT, assim como as linhas de base (baselines) formadas entre as estações e as suas respectivas variâncias. A seguir, na Fig. 3, são mostrados trechos deste arquivo para o dia de processamento 016, que é realizado pelo módulo solve do GAMIT, comprovando o sucesso da operação ao final do arquivo. Torna-se necessário salientar que os arquivos q-file são gerados para cada dia de processamento.
Fig. 3 - Trechos do arquivo qcbcja.016 referente ao dia de processamento 016
Finalizadas as análises GAMIT, foi realizado o processamento no programa GLOBK através do script
sh_glred mostrado de forma genérica pela equação (6), aplicando o filtro de Kalman no experimento, combinando
assim as soluções fornecidas pelo GAMIT. Na equação (10) é mostrado o script utilizado para a execução do GLOBK no experimento.
sh_glred -expt cbcj -s 2010 001 2010 031 -opt H G E >&! sh_glred.log (10)
A execução deste comando teve início as 18 h 25 min 23 s do dia 27 de junho de 2014 e termino às 18 h 25 min 12 s do mesmo dia, totalizando 19 segundos para a realização do processamento. Em comparação ao GAMIT, o tempo de execução do GLOBK foi extremamente inferior, porém esse fato não remete a possíveis falhas, visto que a combinação de soluções através do comando sh_glred sempre se mostrou veloz em todos experimentos realizados previamente.
As soluções obtidas ao final do processamento foram armazenadas no diretório /gsoln, após a análise desses resultados, comprovou-se que a combinação das soluções GAMIT foi realizada com sucesso. Os arquivos gerados para cada dia de processamento com as coordenadas das estações, ás séries temporais e as coordenadas finais definidas para a época de processamento do experimento auxiliaram na análise do processamento, levando a concluir que os resultados deste experimento estão corretos.
Na sequencia serão exemplificados alguns destes arquivos citados, sendo mostrado na Fig. 4 a estimativa das posições das estações em coordenadas geodésicas, e na Fig. 5 as coordenadas cartesianas (X,Y,Z) e coordenadas em sistema local (N,E,U) das estações para o dia de processamento 016.
Fig. 4 - Estimativa das posições das estações processadas em coordenadas geodésicas
Fig. 5 - Coordenadas cartesianas (X,Y,Z) e coordenadas em sistema local (N,E,U)
A solução final (coordenadas finais) do processamento de dados GNSS (GPS) para as estações escolhidas, levando em consideração os dias de processamento, foram obtidas através do arquivo SUM.cbcj e são apresentadas na Fig. 6.
Fig. 6 - Solução do processamento com coordenadas em sistema local
4.2 GridUNESP
A execução do processamento de dados GNSS (GPS) no GridUNESP se deu seguindo o que foi discutido na subsessão 3.3.2. Inicialmente foi necessário criar o diretório /cbcj, onde foi executado o processamento. Em seguida, criou-se o arquivo de comando commands.sh seguindo o exemplo apresentado pela equação (7) e o arquivo
geosirgas.go assim como o exemplificado na equação (8), sendo estes transferidos ao diretório de processamento
posteriormente. Para realizar o processamento, foi submetido o job fazendo uso do arquivo geosirgas.go mostrado na equação (11), através do comando go, ativando assim os programas GAMIT e GLOBK.
APP=gamit
INPUT="brdc.zip igs.zip rinex.zip tables.zip commands.sh"
OUTPUT="output.zip" (11) QUEUE=short
Por sua vez, estes programas executaram os comandos descritos no script do arquivo de comando
commands.sh mostrado pela equação (12), realizando o processamento de forma automatizada. # setup env
sh_setup -yr 2010
sed -i "s/itrf05.apr/regional.apr/" tables/process.defaults
sed -i "s/set mailto = ''/set mailto = 'caiomendonca94@gmail.'/" tables/process.defaults mv -f sites.defaults tables/
# run gamit
sh_gamit -s 2010 001 031 (12) sh_glred -s 2010 001 2010 031 -expt cbcj -opt H G E
# pack output zip -ry output.zip * exit 0
O processamento dos dados GNSS (GPS) através dos programas GAMIT e GLOBK, teve início às 16 h 55 min 01 s do dia 27 de junho de 2014 e término às 18 h 07 min 34 s do mesmo dia, totalizando 01 h 12 min e 33 s de processamento até a obtenção da solução final. Ao final do processamento o arquivo compactado (output.zip), foi transferido para o desktop para análise dos dados obtidos. Neste arquivo de saída estavam contidos todos os diretórios e arquivos de processamento (/brdc, /igs, /rinex, /gsoln, /tables, etc.) descritos nas subseções 3.3.1.1 e 3.3.1.2, referentes ao processamentos de dados com os programas GAMIT e GLOBK.
Assim como no servidor local, os arquivos gerados pelo GAMIT foram analisados, verificando que os resultados obtidos através do processamento neste programa foram satisfatórios. Para exemplificar é mostrado na Fig. 7 um trecho do arquivo sumamary do dia de processamento 016, destacando o horário de criação do arquivo e o número de arquivos utilizados.
Fig. 7 - Trecho do arquivo sumário para o dia de processamento 016
Conclui-se então que o GAMIT teve normal funcionamento na realização do processamento através da análise feita nos arquivos diários. Analisou ainda os demais arquivos gerados pelo GAMIT, comprovando sua correta execução. O q-file (terminação em "a") que fornece as soluções finais do GAMIT, assim como as linhas de base (baselines) formadas entre as estações e as suas respectivas variâncias também passou por uma avaliação. São mostrados trechos deste arquivo para o dia de processamento 016 na Fig. 8, que é realizado pelo módulo solve do GAMIT, comprovando o sucesso da operação ao final do arquivo. É reforçada a ideia de que os arquivos q-file são gerados para cada dia de processamento.
As soluções obtidas ao final do processamento foram armazenadas no diretório /gsoln, e ao avaliar os resultados, comprovou-se que a combinação das soluções GAMIT foi realizada com sucesso. Os arquivos gorados para cada dia de processamento com as coordenadas das estações, ás séries temporais e as coordenadas finais definidas para a época de processamento do experimento também auxiliaram na análise do processamento, levando a concluir que os resultados deste experimento estão corretos.
São exemplificados a seguir alguns destes arquivos citados, mostrando na Fig. 9 a estimativa das posições das estações em coordenadas geodésicas, e na Fig. 10 as coordenadas cartesianas (X,Y,Z) e coordenadas em sistema local (N,E,U) das estações para o dia de processamento 016.
Fig. 9 - Estimativa das posições das estações processadas em coordenadas geodésicas
A solução final (coordenadas finais) do processamento de dados GNSS (GPS) para as estações escolhidas, levando em consideração os dias de processamento, foram obtidas através do arquivo SUM.cbcj e são apresentadas na Fig. 11.
Fig. 11 - Solução do processamento com coordenadas em sistema local 4.3 Comparativo dos resultados
Através do processamento de dados GNSS (GPS) foram obtidas as soluções desejadas para a época processada, tanto no servidor local, quanto no GridUNESP. Um comparativo entre os resultados obtidos são importantes para identificar possíveis discrepâncias entre ambos os ambientes, avaliando assim o GridUNESP como nova ferramenta de dados GNSS (GPS).
Primeiramente foi analisado a discrepância entre as coordenadas obtidas com a solução do experimento realizado no servidor local e no GridUNESP geradas pelos programas GAMIT e GLOBK. Assim como esperado, devido aos dados iniciais serem idênticos, a solução obtida foram praticamente iguais, apresentando discrepâncias desprezíveis. Portanto, independente do ambiente de processamento de dados GNSS (GPS) utilizado, o resultado obtido é satisfatório e confiável. É comum existir diferenças nas coordenadas das estações com o passar dos dias, já que a Terra está em constante movimento e esta variação não está livre de erros sistemáticos.
Cabe então avaliar o tempo necessário para a realização do processamento de dados GNSS (GPS) para os dias de processamento no ano de 2010 escolhido para este experimento. A execução dos programas GAMIT e GLOBK até a obtenção do resultado final no servidor local se deu em 01 h 45 min 59 s, enquanto no GridUNESP a execução dos mesmos programas se deu em 01 h 12 min 33 s, desta forma, o GridUNESP retornou os dados processados (solução final) com 33 min e 26 s de antecedência quando comparado ao servidor local. Esta discrepância de tempo mostra a agilidade do GridUNESP para a realização do processamento de dados GNSS (GPS), sendo que esta diferença aumentada com relação ao volume de dados iniciais necessários.
Outro aspecto comparado foram as séries temporais das posições das estações utilizadas neste experimento, sendo estas geradas pelos dois ambientes, levando em consideração época do ano de 2010 que foi processada. A Fig. 12 apresenta a série temporal para as três componentes da posição (N,E,U) da estação BRAZ, sendo mostrada a esquerda as séries temporais geradas pelo servidor local e a direita as geradas pelo GridUNESP. É importante lembrar que são geradas as séries temporais nas três componentes para todas estações utilizadas no experimento.
Fig. 12 - Séries temporais da estação BRAZ geradas pelo servidor local (à esquerda) e GridUNESP (à direita) Analisando as séries temporais, nota-se que existem poucas diferenças quando comparadas entre si, sendo praticamente idênticas. De uma forma geral, não é possível perceber a tendência do movimento para as estações materializadas em solo brasileiro devido ao curto período (31 dias) de dados GNSS (GPS) processados neste experimento, assim como não é possível determinar a velocidade das estações pelo mesmo motivo. Um fato que desperta curiosidade são as séries temporais para as altitudes (UP), que aparentemente apresentam uma espécie de ciclo regular ao decorres dos dias.
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Durante a realização da pesquisa, foi possível perceber a complexidade de trabalhar com dados e softwares GNSS. Porém, com a realização de testes seguindo referências e manuais dos programas científicos citados anteriormente, proporcionou uma visão ampla do objetivo desta pesquisa, adquirindo resultados e muito similares ao que se espera no processamento final. Desta forma incentivou em cada etapa o avanço da pesquisa até sua finalização.
Após a análise de todos os resultados obtidos em ambos ambiente de processamento de dados GNSS (GPS), pode-se concluir que o experimento executado nesta pesquisa foi um sucesso. Durante a execução do processamento no GridUNESP, foi submetido além do processamento utilizado nesta pesquisa, outros processamento simultaneamente; assim o usuário do GridUNESP pode submeter mais de um "job" para processamento por vez, sem precisar acompanhar e inserir comandos em todo o processamento.
Foi possível encontrar a série temporal da posição das estações para as três componentes (N,E,U) considerando cada estação da Rede SIRGAS-N (RBMC) utilizadas neste experimento, porém não foi possível estimar uma tendência do movimento das estações materializadas em solo brasileiro, assim como estimar a velocidade destas estações, devido ao curto período de tempo processado (31 dias). Recomenda-se que os processamentos realizados para fins de análise de deformação do território brasileiro tenha um grande número de dias para uma boa análise das séries temporais e estimativa da velocidade das estações da Rede SIRGAS-N (RBMC). É evidente que o resultado obtido foi para um período inferior ao recomendado, sendo este experimento realizado com dados para 31 dias de processamento, enquanto que o ideal para se determinar a velocidade de uma estação de monitoramento contínuo, seja de processamentos superiores a dois anos e meio. Recomenda-se ainda que seja utilizado uma número maior de estações, para dar confiabilidade nos resultados encontrados.
Determinou-se com sucesso as soluções (coordenadas) das estações processadas através do servidor local e do GridUNESP para o período utilizando nesta pesquisa, sendo este resultado fundamental para determinar o processo de deformação do território brasileiro. Determinou-se ainda que discrepância entre as soluções gerados no processamento em ambos ambientes são desprezíveis, comprovando assim a confiabilidade dos resultados gerados pelo GridUNESP.
A carga de dados necessários para realização o processamento de dados GNSS(GPS) e das análises é bastante densa, exigindo tempo para sua aquisição e processamento. Na tentativa de reduzir este tempo, uma nova plataforma de processamento foi utilizada, o GridUNESP, fato que se confirmou com o experimento realizado nesta pesquisa, uma vez que o GridUNESP retornou os dados processados (solução final) com 33 minutos e 26 segundos de antecedência quando comparado ao servidor local.
Portanto, o GridUNESP é uma tendência para o processamento GNSS (GPS), por possuir maior capacidade de armazenamento de dados assim como processar densa quantidade de dados e com certa rapidez, o que facilita o processo de deformação da superfície terrestre, auxiliando na tomada de decisão para o controle de deformação. AGRADECIMENTOS
Esta pesquisa tornou-se possível graças aos recursos computacionais disponibilizados pelo Núcleo de Computação Científica (NCC/GridUNESP) da Universidade Estadual Paulista (UNESP).
Ao orientador Prof. Dr. João Carlos Chaves pela oportunidade de realização da pesquisa, assim como pelos conselhos e ensinamentos a mim transmitidos.
Ao MIT (Massachusetts Institute of Technology) pela disponibilização dos softwares GAMIT e GLOBK utilizados para o processamento de dados.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CAVALHERI, E. P. – Análise de Robustez de Rede Geodésica com Analogia de Deformação; Projeto de Iniciação Científica (FAPESP), Presidente Prudente, 2013.
HERRING T. A., KINGS R. W., McCLUSKY S. C. – GAMIT Reference Manual: GAMIT Analysis at MIT (Release 10.4); Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, Massachussetts Institute of Technology, 2010.
HERRING T. A., KINGS R. W., McCLUSKY S. C. – GLOBK Reference Manual: Global Kalman filter VLBI and GPS analysis program (Release 10.3); Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, Massachussetts Institute of Technology, 2006a.
HERRING T. A., KINGS R. W., McCLUSKY S. C. – Introduction to GAMIT/GLOBK (Release 10.3); Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, Massachussetts Institute of Technology, 2006b.
MENDONÇA, C. H. C., CHAVES, J. C. - Controle geodésico do processo de deformação do sistema terrestre e série temporal. VIII Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas, Curitiba-PR, 2013.Anais.
RBMC. Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS, IBGE. Disponível em: < http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/rbmc/rbmc.shtm>. Acesso em : 16 de jun. de 2014.
