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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
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