Princípios Geofísica 1 - Aquatica 3

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Universidade de Brasília
Instituto de Geociências
Laboratório de Geofísica Aplicada
Cursos de Graduação em Geofísica
Disciplina: 205214 – Princípios de Geofísica 1
Módulo: Geofísica Aquática
Professor: Marco Ianniruberto
Universidade de Brasília
Princípios de acústica submarinha
Instrumentação para levantamentos marinhos
Estrutura de um sistema de levantamento marinho
Planejamento de uma campanha de levantamentos
Gestão de uma campanha de levantamento
Pós-processamento e cartografia
Campos de aplicação
TEMAS
Infraestrutura para levantamentos hidrográficos e geomorfológicos
Satélite OMNISTAR
Receptor WADGPS Receptor GPS RTK Base GPS RTKSISTEMA DE AQUISIÇÃO e NAVEGAÇÃO HYPACK
SISTEMA DE POSICIONAMENTO E NAVEGAÇÃO
SENSORES: Sismica rasa, Hidrografia, Geomorfologia, Gradiometria magnetica 
PRODUTOS: Mapa estratigráfico, Batimétrico, Geomorfológico, Anomalias magnéticas
Posicionamento e Navegação
No planejamento de um levantamento é fundamental definir já no estagio inicial o sistema 
de coordenadas que será adotado como referimento no plano horizontal e vertical. Este 
sistema de referimento se chama de “datum”. A escolha de um datum significa definir um 
elipsóide de referencia e um sistema de coordenadas orientadas no espaço. Todos os pontos 
de medição serão referidos a este datum.
Nas aplicações marinhas, geralmente se adota como datum horizontal (planimétrico) o 
sistema de coordenadas baseado no elipsóide WGS84, o elipsóide de referencia do sistema 
de posicionamento global GPS. A transformação para datum locais pode ser feita 
posteriormente usando estações de referencia de coordenadas notas em ambos os sistemas, 
global e local, e formulas de transformação rápida (como a Molodensky com 3 parâmetros 
de translação) ou acurada (como a Bursa-Wolf com 7 parâmetros de roto-translação).
O datum vertical (altimétrico) utilizado para levantamentos batimétricos difere da 
superfície do WGS84 enquanto esta é uma superfície que aproxima o geoíde e não é
pratico representar profundidades referidas a uma superfície idealizada. Para aplicações 
hidrográficas, o datum vertical é a superfície do geoíde, ou seja a superfície equipotencial 
que no mar é representada pelo nível médio do mar (“mean sea level”, ou “msl”). Os 
outros datum verticais em uso neste setor, como o nível mínimo das baixas marés sizígias
adotado para a cartografia náutica, são quotas altimétricas expressas em referencia ao 
“nível médio do mar”.
Sistemas de posicionamento e navegação
O sistema de posicionamento e navegação é um componente central da arquitetura dos 
equipamentos para levantamentos marinhos. Ele interfaca em uma rede local os 
sistemas de posicionamento, os sensores de movimento, a bússola e os sonares 
utilizados para o levantamento. 
As tarefas principais deste sistema são:
1) Configuração do sistema de coordenadas relativo do navio;
2) Monitoramento em tempo real do desempenho dos sistemas de posicionamento e dos 
sensores;
3) Monitoramento em tempo real da navegação e guia para o comando do navio;
4) Geração e transmissão na rede das marcas seqüenciais de posição (“fix”)
5) Envio das coordenadas do GPS para os outros sistemas de aquisição (sonares) para 
determinação do posicionamento absoluto (coordenadas geo-referenciadas);
6) Aquisição e visualização do posicionamento de navios auxiliares (rebocadores para 
movimentação de ancoras e plataformas);
7) Monitoramento da posa no fundo de cabos, dutos e outros materiais;
8) Monitoramento em tempo real da posição de veículos subaquáticos.
Sistemas de posicionamento e navegação
Configuração do sistema de posicionamento e navegação
Sistema de coordenadas do navio:
• Determinação das distancias relativas entre a antena GPS, ou o centro de massa do navio, 
origem do sistema de coordenadas locais, e todos os sensores instalados
Configuração do sistema de posicionamento e navegação
(ϕ,λ) ↔ (Northing,Easting)
Sistema de coordenadas absoluto:
• Determinação dos parâmetros geodésicos para conversão de coordenadas geográficas 
em coordenadas planas (no caso da UTM: meridiano central, fuso, falso leste, falso 
norte e fator de escada);
Configuração do sistema de posicionamento e navegação
Sistema de coordenadas absoluto:
• Determinação dos parâmetros geodésicos para conversão de datum WGS84 para datum 
local. Pode-se utilizar a transformação rápida de Molodensky com 3 parâmetros o a 
transformação de Bursa-Wolf, localmente mais acurada, com 7 parâmetros, 
dependendo da disponibilidade de um marco geodésico definido nos dois sistemas.
Posicionamento de superfície
REFERENCIAS
Do Prado, A.: Analise da acurácia e da correlação espacial nas técnicas DGPS e RTK, 2001. Tese 
de Mestrado, UFPR.
Krueger, C. P. : “Integração do GPS e da Ecobatimetria”, 1999
Do Prado, A., Krueger, C. P.: “Analise da acurácia nos posicionamentos diferenciais aplicando as 
técnicas DGPS e RTK”, 2003
Luz, R. T., de Freitas, S. R. C., Delazoana, R.: “Acompanhamento do Datum Altimétrico 
IMBITUBA através das Rede Altimétricas e Mareográficas do Sistema Geodésico Brasileiro”, 
2002
Dana, P. H.: “Global Positioning System Overview”, University of Colorado at Boulder
http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html
No âmbito marinho, muitas foram e têm sido as técnicas utilizadas para o posicionamento de uma 
embarcação. Na visão clássica, os métodos de posicionamento marinho são: a radionavegação, as 
técnicas de radionavegação por satélites, técnicas inerciais, técnicas acústicas e técnicas integradas. 
Desde 1994, destacam-se três métodos: o GPS, as técnicas acústicas conectadas ao GPS, e o GPS
integrado com a técnica inercial ou sensores complementares (sistemas “range-range”, como o 
Microfix, ou “range and bearing”, como o Fanbeam).
O GPS vem sendo utilizado no âmbito marinho, principalmente em virtude da sua disponibilidade 
contínua, fácil aplicação e independência em relação às condições meteorológicas.
Posicionamento GPS: segmento espacial
Posicionamento GPS: segmento de controle
Posicionamento GPS: segmento usuario
Posicionamento GPS: sinais
O código C/A (Coarse Acquisition Code) modula a fase da portadora L1. O código C/A repete um ruído 
pseudo casual (Pseudo Random Noise, ou PRN) com freqüência de 1 MHz . Este código pseudo casual 
modula a portadora L1 incrementando a banda de 1 MHz e se repete cada 1023 bits (um milésimo de 
segundo). Cada satélite tem um código C/A diferente. 
O código P (Precise Code) modula ambas as portadoras L1 e L2. O código P também é do tipo PRN 
mas é de freqüência de 10MHz e muito cumprido (sete dias). Na modalidade usuário, quando o sistema 
de Anti-Spoofing (AS) é ativo, o código P é encriptado no código Y que precisa de um decriptador AS 
por cada canal do receptor GPS.
A Mensagem de Navegação 
modula a portadora L1 – C/A 
A Mensagem de Navegação 
é um sinal a 50 Hz com bits 
que descrevem a órbita do 
satélite GPS (efemérides), a 
correção do relógio e outros 
parâmetros do sistema. 
Posicionamento GPS absoluto: método do código
O primeiro método de posicionamento GPS é chamado de absoluto, e se caracteriza pela adoção de 
apenas um receptor GPS para a determinação das coordenadas de uma estação. 
As coordenadas serão referidas ao datum World Geodetic System 1984 (WGS84). Seu principio 
fundamental baseia-se em medições das pseudodistancias sendo os códigos C/A e P as suas 
observáveis básicas. O modelo matemático que representa este método é dado pela equação abaixo:
na qual:
PC = pseudodistancia mensurada com o código;
ρSR = distancia geométrica entre o satélite(S) e a antena do receptor(R);
c = velocidade da luz no vácuo;
δS = erro de não sincronismo do relógio do satélite com o tempo GPS;
δR = erro de não sincronismo do relógiodo receptor com o tempo GPS;
δORB = erro orbital;
δTROP = erro devido à refração troposférica;
δION = erro devido à refração ionosférica;
mC = erro provocado pelo multicaminho do código;
εC = ruído da recepção do código;
νCF = variação do centro de fase da antena
( ) CFCCIONTROPORBRSSRC vmcP ++++++−⋅+= εδδδδδρ
Posicionamento GPS absoluto: método do código
Posicionamento GPS absoluto : método do código
As pseudodistancias mensuradas com os códigos são rapidamente determinadas, mas possuem altos 
níveis de ruído e são suscetíveis ao efeito do multicaminho. Estas pseudodistancias são determinadas 
com uma precisão da ordem de 1% do comprimento de onda, correspondendo a uma precisão de 3m 
para o código C/A e 0,3m para o código P. 
Posicionamento GPS absoluto: método da fase
Nas aplicações geodésicas e cartográficas, é utilizada uma observável mais precisa do que o código: 
a fase da portadora. A fase da portadora, em ciclos, e´ dada por:
na qual
ϕ = medida da fase da portadora;
ϕS = fase do satélite;
ϕR = replica da fase gerada pelo receptor;
N = numero inteiro de ciclos, no inicio do rastreio, entre o satélite e o receptor.
A equação mostra que a fase da portadora é dada por um numero inteiro de ciclos (N), também 
chamada de ambigüidade, e por uma parte fracionaria de um ciclo, conhecida por fase de 
batimento contada desde o satélite ate o receptor em um instante de tempo qualquer. Os receptores 
GPS são capazes de mensurar apenas a fase de batimento e por conseguinte a fase da inicial da onda 
portadora não e´conhecida, ou ambígua, em relação a um numero inteiro de ciclos (N). 
NR
S +−= ϕϕϕ
Posicionamento GPS absoluto: método da fase
A equação geral da fase da portadora, em unidades métricas, é dada por:
na qual:
λ = comprimento da onda portadora (m);
ϕ = fase da onda portadora (ciclos);
mP = erro provocado pelo multicaminho da fase da portadora;
εP = ruído da recepção da fase da portadora;
N = ambigüidade inteira.
Os termos nas equações das pseudodistancias calculadas por código e por fase são praticamente os 
mesmos exceto pela ambigüidade inteira (N). Observa-se que o comportamento da ionosfera é
oposto, no atravessamento da ionosfera as medidas de código e de fase da portadora sofrem um 
atraso e um avanço, respectivamente.
Analogamente, as pseudodistancias determinadas com a fase da portadora também alcançam uma 
precisão da ordem de 1% do comprimento de onda, correspondendo a uma precisão aproximada de 
2mm para ambas as portadoras (L1 1.547,42 MHz; L2 1.227,60 MHz).
( ) Nvmc CFPPIONTROPORBRSSR ⋅++++−++−⋅+=⋅ λεδδδδδρϕλ
Posicionamento GPS absoluto: diluição da precisão
Os erros de medição das pseudo-distancias GPS são amplificados das diferencias de distancias entre 
o receptor e os satélites. O volume da forma geométrica descrita pelos vetores que conectam o 
receptor e os satélites utilizados para determinar o fix de posição é inversamente proporcional a uma 
quantidade chamada de “Geometric Dilution Of Precision”, ou GDOP. GDOP bons, ou seja com 
valores pequenos, são obtidos quando os volumes são grandes, ou seja quando os ângulos de 
elevação e azimute dos satélites são diferentes. 
Componentes do GDOP:
PDOP = Position Dilution of Precision (3-D), a vezes chamado de Spherical DOP. 
HDOP = Horizontal Dilution of Precision (Latitude, Longitude). 
VDOP = Vertical Dilution of Precision (Altitude). 
TDOP = Time Dilution of Precision (Tempo). 
Posicionamento GPS absoluto: diluição da precisão
Precisão do posicionamento GPS
Inicialmente, a precisão alcançada no posicionamento cinemático absoluto para os receptores com o 
código P era de 10 a 15 m; porém, com a introdução dos efeitos Selective Availability - SA - e Anti-
Spoofing - AS - (GPS NAVSTAR, 1995), agora desativada, a precisão passou a ser de 50 m a 100 m. 
Para a maioria das aplicações nos levantamentos marinhos, essa precisão não é satisfatória. A sua 
maior aplicabilidade concentra-se no apoio a navegação.
Posicionamento GPS relativo
Visando melhorar a precisão do posicionamento GPS, surgiu o método de posicionamento relativo. 
Esse método caracteriza-se pela observação simultânea dos sinais dos satélites em pelo menos duas 
estações distintas, sendo que uma delas possui coordenadas conhecidas em um sistema de referencia. 
A vantagem da utilização do método relativo em relação ao absoluto é que para distancias curtas 
(~20km) o comportamento dos erros sistemáticos referentes aos relógios dos satélites, das 
efemérides e da propagação do sinal na atmosfera afetam igualmente as duas estações, podendo ser 
eliminados ou minimizados através das técnicas de diferenciação. 
No posicionamento relativo pode-se empregar diferentes tipos de observações, ou seja: código, 
código suavizado pela fase da portadora e fase da portadora. Os posicionamentos com código 
geralmente são simples e fornecem acurácias, de 1 m a 10 m, enquanto os posicionamentos com a 
fase são mais complexos devido a necessidade de resolver a ambigüidade inteira mas fornecem 
acurácias mais altas.
Outro fator importante no posicionamento relativo diz respeito ao movimento da antena das estações 
cuias coordenadas desejam-se determinar. As técnicas nas quais a antena encontra-se estacionaria 
são estático clássico e estático rápido, dependendo do tempo de ocupação da estação móvel e da taxa 
de gravação dos dados (clássico: ocupação de 1h e gravação 15-20seg; rápido: 5-20min, dependendo 
da quantidade de satélites, e gravação 5-10seg). 
A fim de melhorar a eficiência na aquisição surgiram as técnicas cinemáticas, nas quais a antena da 
estação itinerante está em movimento. Desta forma, num mesmo período de coleta de dados, um 
numero maior de pontos é determinado com relação às técnicas estáticas, porem a sua acurácia é
inferior.
Posicionamento GPS relativo: Acurácia
TÉCNICAS PERÍODO DE 
OCUPAÇÂO 
ACURÁCIA 
Estático clássico min 1h 1 cm + (1 ppm ate 10 ppm) 
Estático Rápido entre 5 a 20 min poucos centímetros 
Pseudo-cinemático entre 1 a 3 min poucos centímetros 
Cinemático --------------------- entre 10 cm e 1 m 
Stop and Go aproximadamente 1 min poucos centímetros 
 
Portanto, a qualidade do posicionamento relativo será totalmente dependente do comprimento da 
linha de base, do tempo de observação das seções, da geometria dos satélites no período de 
observação e das observáveis empregadas.
Posicionamento diferencial
Para essas aplicações, faz-se necessária uma precisão melhor que um metro em tempo real. Ela, é
alcançada com a utilização de métodos GPS diferencial, ou seja métodos de posicionamento 
relativo em tempo real (ou OTF = “On The Fly”). 
O principio básico deste método vale-se do fato que duas estações que simultaneamente rastreiam os 
mesmos satélites têm seus erros, dentro de certos limites, correlacionados. A ocupação de uma 
estação de coordenadas conhecidas (estação de referencia) possibilita a quantificação dos erros 
inerentes ao posicionamento absoluto. Estes erros transmitidos a estação móvel como correções, 
comumente designadas “correções diferenciais”, serão utilizadas para posiciona-la relativamente a 
estação de referencia em tempo real. 
Posicionamento diferencial
Salienta-se que as correções diferenciais são transmitidas através de um enlace de dados em formato 
padronizado pela Radio Technical Commission for Maritime Services – Special Committee 104
(RTCM SC-104).
Dentro do método GPS diferencial pode-se considerar algumas técnicas de posicionamento:
• DGPS (Differential GPS)
•WADGPS (Wide Area Differential GPS)
• RTK (Real Time Kinematics) e LRK (Long Range Kinematics)
• PDGPS (Precise Differential GPS)
As principais diferenças entre estas técnicas referem-se basicamente ao tipo de observável 
empregada e ao numero e distancia de estações de referencia.A observável básica das técnicas 
DGPS e WADGPS é o código e/ou o código suavizado pela portadora, enquanto no RTK e no 
PDGPS é a fase da portadora.
Pode-se ainda diferenciar as técnicas WADGPS e PDGPS das demais, pois as mesmas 
fundamentam-se no conceito de rede (no mínimo duas estações de referencia). Assim, as correções 
diferenciais destas técnicas são validas para uma região e não mais para uma única estação.
Posicionamento diferencial
TÈCNICAS CINEMÁTICAS 
PARÂMETROS WADGPS PDGPS RTK DGPS 
Observável Código ou código 
suavizado pela 
portadora 
Fase da 
portadora 
Fase da 
portadora 
Código ou código 
suavizado pela 
portadora 
Estações de 
referencia 
 
Rede Rede 1 1 
Área de 
cobertura 
 
Continental Regional Local Local 
Resolução das 
ambigüidades 
 
Não Sim Sim Não 
Dados 
transmitidos 
Correções 
diferenciais 
Dados brutos 
ou correções 
diferenciais 
Dados brutos 
ou correções 
diferenciais 
Correções 
diferenciais 
Acurácia 
planimétrica 
 
m cm-dm cm-dm dm-m 
Fonte: Do Prado, A.: Analise da acurácia e da correlação espacial nas técnicas DGPS e 
RTK, 2001. Tese de Mestrado, UFPR. 
Posicionamento diferencial
Com respeito a componente vertical estima-se que a mesma será degradada por um fator 1,5 a 2 em 
relação as horizontais.
Portanto, o método GPS Diferencial tem se afirmado entre os usuários que necessitam de 
posicionamento em tempo real com precisões superiores as alcançáveis através de um único 
equipamento. 
A nível internacional, no âmbito marinho, novos campos de aplicação para o GPS foram se 
descortinando, como por exemplo: mapeamento do fundo do mar; levantamentos hidrográficos 
precisos; acesso a portos; monitoramento de assoreamentos e de erosão em rios, lagos, áreas portuárias, 
áreas costeiras; controle de dragagens; apoio para a engenharia costeira; controle de atitude em 
embarcações, bóias e plataformas flutuantes; controle contínuo e preciso das alturas, posicionamento de 
sensores abaixo d’água e monitoramento do nível dos mares.
Nestes casos as posições são requeridas com alta confiabilidade em razão dos riscos inerentes as 
atividades e aos custos envolvidos.
Sendo o Brasil um país de grande extensão territorial e marítima, é de extrema importância um melhor 
domínio sobre suas áreas e conformações. Dessa forma, com o auxílio dos sistemas DGPS e DGPS 
Preciso e com uma atuação multidisciplinar é possível obter-se uma visão sistemática sobre a 
problemática ambiental e informações para o monitoramento ambiental das áreas em estudo.
Posicionamento diferencial
No Brasil, verifica-se a existência de muitos usuários do GPS, porém, poucos trabalhos de pesquisa têm 
sido desenvolvidos nessa área. Algumas instituições públicas e privadas têm utilizado o sistema DGPS 
para posicionar a embarcação durante os levantamentos batimétricos, assim como para auxiliar na 
navegação.
Dentre estas instituições pode-se citar a Diretoria de Hidrografia e Navegação –DHN - e a Companhia 
Vale do Rio Doce - CVRD. Em 1981, a DHN iniciou com a utilização dos satélites do sistema 
TRANSIT e no final da década de 80, passou a utilizar os satélites do sistema NAVSTAR-GPS. 
Atualmente vem empregando o GPS diferencial (DGPS) (FELIX, 1996). A PETROBRÁS também tem 
realizado alguns trabalhos com o DGPS e o RTDGPS.
A partir de um convênio estabelecido entre a DHN e a CVRD, alguns testes foram realizados para 
verificar a viabilidade da implantação de uma rede DGPS utilizando os radiofaróis marítimos (FELIX, 
1996). Atualmente, encontra-se 10 estações DGPS implantadas fornecendo uma cobertura em águas 
jurisdicionais, com um alcance de 200 à 300 milhas e com a finalidade de apoiar: a navegação 
marítima, os levantamentos hidro-oceanográficos e a sinalização náutica e dragagem.
Integração do GPS e da ecobatimétria
No âmbito marinho e na hidrografia, a concepção inicial do GPS era a de um sistema de navegação. 
Posteriormente, novos campos de aplicação para esse sistema foram aparecendo e atualmente, há
interesse nas aplicações em tempo real (p. ex. na orientação das dragagens) e na integração com outros 
ramos, que necessitam de coordenadas precisas (como p.ex. GIS); e sistemas (p.ex. ecobatimétria).
Analisando-se o GPS como um sistema integrado com a ecobatimétria faz-se necessário realizar 
algumas correções, as quais são de extrema importância para a obtenção dos resultados com precisão. 
Também é necessário o conhecimento do sistema tridimensional de coordenadas cartesianas da 
embarcação e do sistema de altitude. Esses sistemas e estas correções serão apresentados na seqüência.
Sistema tridimensional de coordenadas cartesianas da embarcação
O movimento de embarcação no espaço é descrito segundo um sistema local e tridimensional de 
coordenadas cartesianas. A origem desse sistema situa-se no centro de gravidade da embarcação, sendo 
seus eixos definidos da seguinte forma (figura 02):
X: eixo ao longo da embarcação, sendo positivo no sentido de sua navegação; Y: eixo transversal à
embarcação, sendo positivo no sentido de estibordo (à direita do sentido de navegação); e
Z: eixo vertical, positivo para o alto da embarcação. 
Existem seis graus de liberdade no movimento do barco, sendo três translações e três rotações. Na 
figura abaixo, tem-se uma visão desse sistema e dos componentes do movimento da embarcação. As 
translações poderão ser ignoradas se houver um sincronismo entre os sistemas GPS e ecobatímetro.
Sistema tridimensional de coordenadas cartesianas da embarcação
Na prática, as rotações apresentam um significado especial, pois permitem analisar a situação de 
equilíbrio da embarcação. A orientação desses vetores de rotação pode ser obtida através de alguns 
equipamentos. Por exemplo: com um sensor de inclinação, com um sensor de elevação com mais de um 
medidor de aceleração ou com pelo menos três receptores GPS. Neste último caso, é necessário 
conhecer a distância entre as antenas e, então, resolver as ambigüidades da fase da portadora e obter as 
posições das antenas no WGS84. Com a análise da alteração nas coordenadas, obtém-se a inclinação da 
embarcação e o seu azimute.
Referencia de altitude 
Nas aplicações geodésicas, é importante a determinação da altitude de um ponto sobre a 
superfície terrestre. Essa grandeza pode ser determinada a partir de diferentes referenciais -
geóide e elipsóide -, que estão representados na figura 03. O geóide, fisicamente definido 
mas não materializado, trata-se de uma superfície equipotencial do campo da gravidade 
terrestre que mais se aproxima do nível médio dos mares (NMM), estendendo-se 
hipoteticamente sobre toda a superfície continental. 
Vinculado ao geóide está a altitude ortométrica (H). No Brasil, a origem do sistema se 
situa em Imbituba - SC (Brasil). Por sua vez, as altitudes elipsoidais (h) referem-se a um 
elipsóide, que é a figura geométrica mais aproximada de um geoíde global. A separação 
vertical entre o geóide e um elipsóide de referência particular é denominada de ondulação do 
geóide (N). Os valores numéricos para essas ondulações dependem, evidentemente, do 
elipsóide utilizado. Para um elipsóide global ela pode alcançar até 100 m.
Referencia de altitude: ortométrica e geométrica 
Da figura abaixo, constata-se que a diferença entre as altitudes ortométrica e elipsoidal, em um ponto 
(P), é dada pela equação
onde:
h : altitude elipsoidal ou geométrica;
H : altitude ortométrica; e
N : ondulação do geóide.
h = H + N
Referencia de altitude: maré
Referencia de altitude: maré
Referencia de altitude: maré
Referencia de altitude: maré
2,0Mar Mediterrâneo
12.5Bhawnagar (Índia)
13,3St. Malo (Francia)
14,4Fitzroy (Austrália)
14.0Severn (Inglaterra)
16,3Portishead (Inglaterra)
18,0Rio Gallegos (Argentina)
19,6Baiade Fundy (Canadá)
AMPLITUDE MAXIMA DAS MARE
(em metros)
Ordenação espacial e temporal
A determinação da posição com alta precisão só tem sentido quando se realiza a determinação correta 
da ordenação espacial e temporal. 
Na ordenação espacial, em âmbito hidrográfico, há o problema da integração do GPS com o outro 
sistema, como por exemplo, a ecobatimetria. A transferência das coordenadas da antena GPS para outro 
sistema necessita da orientação da plataforma (posição e atitude) e de informações sobre:
• Rolamento (Roll);
• Arfagem (Pitch); 
• Guinada (Yaw)
que são obtidos através do auxílio de sensores externos ou de antenas GPS e/ou do sistema compasso.
A ordenação temporal é um problema que permanece. Consiste na ordenação dos dados de 
posicionamento com os dados de outro sensor, tendo, como tempo base, outro que não o tempo GPS. 
Nessa ordenação, espera-se uma precisão melhor que 1 microssegundo.
Dar-se-á ênfase, na seqüência, ao problema de sincronismo de tempo entre os sistemas GPS e a 
ecobatimetria, bem como ao posicionamento da antena GPS em relação ao ecobatímetro. Para uma 
precisão decimétrica verificar-se-á que o tempo de sincronismo deve ser inferior a 0,1 segundo. 
Sincronismo entre o GPS e o ecobatímetro
O movimento dinâmico da embarcação depende do seu tamanho e do meio ambiente marítimo. 
Segundo HOPKINS (1981), as águas oceânicas são caracterizadas por ondas de altura media de 2
metros e com períodos de 5 a 10 segundos, correspondendo a uma velocidade de aproximadamente 1 
m/s. Portanto, para uma precisão decimétrica, o tempo de sincronismo deve ser de 0,1 segundo. É
possível ordenar as coordenadas DGPS ao centro do ecobatímetro, porém há problema com relação à
sincronização dos tempos entre os sistemas. São dois problemas distintos:
• tempo de retardo: todos os sensores apresentam um retardo interno devido ao tempo de cálculo 
e às conexões com à interface, apresentando dados mais antigos do que os da atual observação;
•os relógios dos sistemas de posicionamento (GPS) e do ecobatímetro não são sincronizados; logo, 
as observações em ambos sistemas não coincidem.
Ordenação das profundidades
Em hidrografia, ordenação das profundidades significa o transporte dos dados de um marégrafo para 
pontos no local da sondagem. Com essa definição, compreende-se a ordenação dos valores de 
profundidade em relação a um sistema de referência de altura. 
Nas aplicações práticas se adota o método indireto, que baseia-se nesse transporte, contando com o 
apoio dos dados do nível d'água. Segundo ROSENGARTEN (1987), devem-se considerar os seguintes 
fatores:
• a quantidade e a posição das réguas linimétricas existentes na região;
• a condição hidrodinâmico-morfológica da região a ser levantada;
• influência meteorológica; e
• método de ordenação das profundidades utilizado.
A precisão da ordenação das profundidades (ROSENGARTEN, 1987), nesse caso, está em torno de ±
20 cm.
O maior beneficio proporcionado pelo uso de sistema GPS RTK, graças a sua precisão vertical, é a 
possibilidade de medir os movimentos verticais do navio devidos a maré e outras oscilações da 
superfície do mar. Na pratica, o uso deste sistema de posicionamento elimina a necessidade de utilizar 
um marémetro e software de previsão da maré durante levantamentos hidrográficos pois as variações 
de nível vertical são medidas em tempo real. 
Ordenação das profundidades: uso da tecnologia RTK
A aplicação da tecnologia RTK precisa que um marco plano-altimétrico seja disponível na área de 
trabalho porque toda as medições com sistemas GPS são relativas ao elipsóide WGS84, mas na 
realidade é preciso determinar as coordenadas plano-altimétricas em relação ao datum vertical 
escolhido (por exemplo, o nível médio do mar). Para conseguir isso, a separação local entre o 
elipsóide WGS84 e o datum cartográfico tem que ser determinada. Esta separação é valida 
localmente, porque a distancia vertical entre o WGS84 e o geoíde não é constante. 
O termo DS (“Datum Separation”) será igual a diferencia entre a elevação mensurada pelo GPS na 
estação base, referida ao datum WGS84, e a altitude da antena referida ao datum vertical escolhido 
para o levantamento.
Ordenação das profundidades: uso da tecnologia RTK
DRED=WLC – DES
onde DRED é a profundidade reduzida ao datum vertical escolhido
WLC é o termo de compensação que tem que ser aplicado
DES é a leitura da profundidade pelo ecobatímetro
então
WLC = HGPS – HANT + DTR + DS
onde HGPS é a elevação medida pelo GPS relativa ao elipsóide WGS 84
HANT é a elevação da antena GPS com respeito a superfície do mar (termo fixo)
DTR é a imersão do transdutor do ecobatímetro
DS é a separação entre o elipsóide WGS 84 e o datum vertical escolhido
Ordenação das profundidades: uso da tecnologia RTK
A formulas mencionadas (DRED=WLC – DES ; WLC = HGPS – HANT + DTR + DS ) são validas 
assumindo que 
O termo DS (Datum Separation) é constante em toda a área de trabalho. Esta assunção pode ser 
considerada valida para as aplicações típicas da metodologia RTK, ou seja quando a distancia entre a 
estação base e a móvel não supera 15 km. 
Em casos diferentes (como por exemplo no Long Range RTK), um adequado levantamento 
geodésico tem que ser conduzido para determinar os valores da separação entre o elipsóide WGS84 e 
o datum vertical.
Aplicações
O uso da tecnologia RTK permite a aplicação de dois termos de compensação ao dados batimétricos, 
dependendo da escada temporal de analise do movimento vertical do navio-nível da superfície:
• Compensação do Heave (períodos de oscilação tipicamente menores de 5 segundos)
• Compensação da maré (período típico de oscilação de 6 horas)
Ordenação das profundidades: uso da tecnologia RTK
GPS – Modelo geoidal
Apresentação 
(http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/modelo_geoidal.shtm)
O aparecimento do Global Positioning System - GPS, revolucionou as atividades que 
necessitam de posicionamento em função de sua rapidez e precisão na obtenção de 
coordenadas. Todavia, nas aplicações nas áreas de mapeamento e engenharia, há
necessidade do conhecimento de uma altitude com significado físico, a altitude ortométrica. 
Para que as altitudes elipsoidais ou geométricas (h) (referidas ao elipsóide), oriundas de 
levantamentos com GPS, possam ser utilizadas, é necessário que elas sejam convertidas 
em altitudes "ortométricas" (H), referidas ao geóide. Para isso, precisa-se conhecer a altura 
ou ondulação geoidal (N), ou seja, a separação entre o geóide e o elipsóide.
O IBGE gerou um Modelo de Ondulação Geoidal com uma resolução de 10' de arco e 
desenvolveram o Sistema de Interpolação de Ondulação Geoidal - MAPGEO2004. Através 
desse sistema, os usuários podem obter a ondulação geoidal (N) em um ponto, e/ou 
conjunto de pontos, referida aos sistemas SIRGAS2000 e SAD69.
Para converter a altitude elipsoidal (h), obtida através de GPS, em altitude ortométrica (H), 
utiliza-se a equação:
H = h - N
onde N é a altura (ou ondulação) geoidal fornecida pelo programa, dentro da convenção que 
considera o geóide acima do elipsóide se a altura geoidal tiver valor positivo e abaixo em 
caso contrário.
GPS – Modelo geoidal
GPS – Modelo geoidal
Posicionamento subaquático USBL