cap4 realizacao de sgrs modernos versao 2018 [modo de ... · realizaÇÃo de sistemas geodÉsicos...
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REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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GA112 – FUNDAMENTOS EM GEODÉSIA
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Capítulo 4
Regiane Dalazoana
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REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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4 – REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DEREFERÊNCIA (SGRs) MODERNOS:
4.1 – Rede Geodésica de Referência Internacional(ITRF); Rede Geodésica de Referência Global(GGRF)
4.2 – Hierarquia das Redes Geodésicas de Referência ;
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4.2 – Hierarquia das Redes Geodésicas de Referência ;4.3 – Evolução do Sistema Geodésico Brasileiro; A rede
SIRGAS; o SGB ;4.4 – Conversão e Integração entre Redes Geodésicas
de Referência;4.5 – Variação temporal das coordenadas; época de
referência.
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REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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REALIZAÇÃO OU MATERIALIZAÇÃO
“frame”
conjunto de pontos
REVISÃO (cap 3)E
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conjunto de pontos implantados na superfície física da Terra cujas coordenadas são conhecidas
disponibilizado ao usuário
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REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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• O conjunto de estações materializadas na superfície, cujas coordenadas foram determinadas com relação ao sistema de referência, constituem-se nas chamadas redes geodésicas, didaticamente divididas em:
- Verticais ou altimétricas RAZÃO DA SEPARAÇÃO
REVISÃO (cap 3)E
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- Verticais ou altimétricas
- Horizontais
- Tridimensionais
- Gravimétricas
Futuro – GGRF (Global Geodetic Reference Frame)
RAZÃO DA SEPARAÇÃO
Vinculado ao campo da gravidade
Vinculado a um sistema geométrico
+
Uso de diferentes equipamentos e observações coletadas em campo
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REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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Conjunto de coordenadas, velocidades e suas respectivas precisões de um grupo de estações,
4.1 – Rede Geodésica de Referência Internacional (ITRF – International Terrestrial Reference Frame);
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um grupo de estações, determinadas pela combinação de diferentes técnicas de posicionamento espacial (por exemplo: VLBI, SLR, GPS e DORIS)
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REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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Diferentes realizações do ITRF (devido à evolução da rede, séries temporais mais longas):
ITRF89,ITRF90,ITRF91,ITRF92,
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ITRF92,ITRF93,ITRF94, (vínculo da 1ª campanha SIRGAS, época 1995,4)ITRF96,ITRF97,ITRF2000, (vínculo da 2ª campanha SIRGAS, época 2000,4)ITRF2005,ITRF2008 eITRF2014.
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Entre as diferentes realizações do ITRF são gerados parâmetros de transformação (transformação de Helmert ou de similaridade), na realidade são 14 parâmetros:
- três translações (representam a variação na posição do centro de massa)
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centro de massa)
- três rotações
- um fator de escala
- mais as respectivas variações temporais
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http://itrf.ign.fr/ITRF_solutions/2014/tp_14-08.php
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Figure 2: Sites used in the estimation of the trans formation parameters between ITRF2014 and ITRF2008
http://itrf.ign.fr/ITRF_solutions/2014/tp_14-08.php
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4.1 – Rede Geodésica de Referência Global (GGRF);E
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Eng. Cartográfica e de AgrimensuraEng. Cartográfica e de AgrimensuraEng. Cartográfica e de AgrimensuraEng. Cartográfica e de Agrimensura
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4.2 – Hierarquia das Redes Geodésicas de Referência;
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definição (ITRS) e a realização é uma densificação da rede superior
4.2 – Hierarquia das Redes Geodésicas de Referência;
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TAREFAS COMUNS A TODAS AS REDES:
-Definição de origem, orientação e escala; -Redes de referência subsequentes utilizam pontos de referência de hierarquia mais alta; -Estações fundamentais são necessárias para as redes de referência.
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4.3 – Evolução do Sistema Geodésico Brasileiro; A Rede SIRGAS; o SGB;
SGB - Sistema Geodésico Brasileiro
“O desenvolvimento do Sistema Geodésico Brasileiro - SGB, composto pelas redes altimétrica, planimétrica e gravimétrica pode ser dividido em duas fases distintas: uma anterior e outra posterior ao advento da tecnologia de observação de satélites artificiais com fins de posicionamento. No Brasil, essa
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observação de satélites artificiais com fins de posicionamento. No Brasil, essa tecnologia possibilitou, por exemplo, a expansão do SGB à região amazônica, permitindo o estabelecimento do arcabouço de apoio ao mapeamento sistemático daquela área.
Inicialmente, na década de 70, eram observados os satélites do Sistema TRANSIT. Em fins da década de 80, o IBGE, através do seu Departamento de Geodésia, criou o projeto GPS com o intuito de estabelecer metodologias que possibilitassem o uso pleno da tecnologia do Sistema NAVSTAR/GPS, que se apresentava como uma evolução dos métodos de posicionamento geodésico até então usados, mostrando-se amplamente superior nos quesitos rapidez e economia de recursos humanos e financeiros.” (fonte: portal antigo do IBGE)
https://ww2.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/default_sgb_int.shtm
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Norma para levantamentos geodésicos - versão 2017
Ver capítulo 1 que apresenta uma visão geral e evolutiva do SGB (Sistema Geodésico
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ftp://geoftp.ibge.gov.br/metodos_e_outros_documentos_de_referencia/normas/normas_levantamentos_geodesicos.pdf
SGB (Sistema Geodésico Brasileiro)
Norma anterior – PR 22 de 1983Levantamentos GPS – PR 5 de 1993
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sura REDE HORIZONTAL
• Implantação iniciou-se em 1944
• Finalidade – apoio ao mapeamento; obras de engenharia, regulamentação fundiária, entre
10 ppm
Melhoria das
4.3 – Evolução do Sistema Geodésico Brasileiro; A Rede SIRGAS; o SGB;
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engenharia, regulamentação fundiária, entre outras
• Década de 70 - uso do sistema TRANSIT
• Até 1990 eram aplicados os procedimentos clássicos
• A partir de 1991 uso exclusivo do GPS para densificação da Rede Horizontal
Melhoria das técnicas de posicionamento
1 ppm
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REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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• 1994 - implantação das redes estaduais GPS de alta precisão
• Em 1996 surgiu o conceito de rede ativa - RBMC
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• Evolução de técnicas, equipamentos e modelagem
• Necessidade de refinamento dos produtos geodésicos
Reajustamento da rede em 1996 (em SAD69) e posterior adoção do SIRGAS
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Surgimento dos métodos de posicionamento por satélites
Possibilidade de obtenção simultânea das 3 coordenadas
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Possibilidade de obtenção simultânea das 3 coordenadas
Criação do Projeto SIRGAS em 1993
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REDE HORIZONTALE
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• triangulação• poligonação• Doppler• GPS
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REDE VERTICAL
• Conta hoje com ≈ 69000 estações (nem todas existem fisicamente hoje em dia)
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REDE GEODÉSICA GPS DE ALTA PRECISÃO DO PARANÁ
• 20 estações – aprox. 60 km de abrangência
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Estações de ReferênciaPARAUEPP
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RBMCE
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Conceito de Rede ativa:- usuário necessita de apenas 1 receptor para o posicionamento relativo
Crédito: LAGEH
Crédito: IBGE, 2018
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posicionamento em tempo real a partir de 112 estações da RBMC (recepção de dados e correções diferenciais
RBMC - IP
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correções diferenciais via internet). O serviço é gratuito mediante cadastro.
Crédito: IBGE, 2018
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SGB: HISTÓRICO COM RELAÇÃO AOS SGRs ENVOLVIDOS
Córrego Alegre
Astro Datum ChuáReferencial
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SAD 69
SAD 69 – reajustamento em 1996*
SIRGAS
Referencial clássico / local
Referencial moderno / geocêntrico
* Nova realização do SGR SAD69
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• Oficialmente adotado da década de 50 até a de 70
• Parâmetros definidores
Elipsóide de Hayford 1924 a = 6 378 388 m
f = 1/297
SISTEMA COM DATUM CÓRREGO ALEGREE
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f = 1/297
Datum Córrego Alegre
Orientação ξ = η = 0”
∆N = 0,0 m → h = H = 683,81 m
Φ = ϕCórrego Alegre = -19º 50’ 14,91”
Λ = λCórrego Alegre = -48º 57’ 41,98”
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SISTEMA COM DATUM CÓRREGO ALEGREE
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• Na América do Sul: PSAD-56 com origem em La Canoa (Venezuela)
OUTROS SISTEMAS
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• No Brasil: Chuá Astro Datum
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• Oficialmente adotado no final da década de 70
• Parâmetros definidores
Elipsóide Intern. 1967 a = 6 378 160,0 m
f = 1/298,25
DATUM SUL AMERICANO DE 1969 – SAD 69E
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Orientação ξ = 0,31”
η = -3,52”
∆N = 0,00 m
ϕChuá = -19º 45’ 41,6527”
λChuá = -48º 06’ 04,0639”
AzChuá-Uberaba = 271º 30’ 04,05”
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sura • As técnicas mais precisas como Doppler e GPS
começaram a ser adotadas na expansão das redes
• Porém a redes GPS eram distorcidas quando suas
DATUM SUL AMERICANO DE 1969 – SAD 69E
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• Porém a redes GPS eram distorcidas quando suas coordenadas eram convertidas para o referencial clássico
Verificou-se a necessidade de um novo ajustamento com caráter global e integrado às observações GPS
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• Projeto de Reajustamento da Rede Geodésica Planimétrica Brasileira, criado pelo IBGE, iniciou em 1985 até 1996, por meio de um convênio técnico científico entre o IBGE e o Canadá
• Pela primeira vez na história geodésica do Brasil, todas as observações que compõem a rede planimétrica (obtidas pelos métodos
SAD 69 – REALIZAÇÃO 1996E
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observações que compõem a rede planimétrica (obtidas pelos métodos clássicos e espaciais) foram ajustadas simultaneamente
• Ajuste simultâneo com todas as observações da rede (exemplo: direções horizontais, bases geodésicas, azimutes astronômicos, observações Doppler e GPS)
• As medidas GPS foram ponderadas de acordo com suas precisões
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sura • 1997 – divulgação das coordenadas na nova realização +
desvio padrão - sem mudar a nomenclatura
•
SAD 69 – REALIZAÇÃO 1996
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• Proporcionou ao usuário o conhecimento acerca da confiabilidade das estações
• Valor médio do desvio padrão após o ajustamento - 10 cm para as estações GPS- 50 cm para as estações da rede clássica
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SIRGAS: Histórico na América do Sul
• Anos 80: instalação de redes de controle geodinâmico utilizando GPS (Venezuela, Equador, Peru, Chile entre outros)
• Junho 1993: Pesquisa da DGFI sobre o interesse em unificar os sistemas de referência
• Outubro 1993: Criação do Projeto SIRGAS
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• Maio 1995: Primeira campanha
• 1995-1997: Processamento dos dados (DGFI, NIMA hoje NGA)
• Setembro 1997: Criação do GT-III Datum Vertical
• Maio 2000: Segunda campanha
• Janeiro 2001: Recomendação de adoção por parte da ConferênciaCartográfica das Nações Unidas
• Fevereiro 2001: Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas
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SIRGAS
OBJETIVOS
• Definir um SGR geocêntrico para a América do Sul
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• Definir um SGR geocêntrico para a América do Sul
(eixos coordenados baseados no ITRS e parâmetros do elipsóide GRS80)
• Estabelecer e manter uma rede de referência
(densificação do ITRF na América do Sul)
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SIRGAS - REALIZAÇÃO INICIAL (baseada em campanha de rastreio por tempo determinado)
• 58 estações na América do Sul, 11 no Brasil sendo 9 coincidentes com estações da RBMC
• Foram utilizados receptores geodésicos (L1 e L2)
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• Foram utilizados receptores geodésicos (L1 e L2)
• Campanha realizada de 26 de maio a 4 de junho de 1995 – coordenadas referidas ao ITRF94, época 1995,4
• Processamentos no DGFI e NIMA*
* DGFI (Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut) e NIMA (US National Imagery and Mapping Agency, atual NGA: National Geospatial-Intelligence Agency).
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http://www.sirgas.org/pt/sirgas-realizations/sirgas95/
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SIRGAS - REALIZAÇÃO 2000 (baseada em campanha de rastreio por tempo determinado)
• 184 estações no continente americano
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• Campanha realizada de 10 a 19 de maio de 2000 –coordenadas referidas ao ITRF2000, época 2000,4
• Processamentos no IBGE, DGFI e BEK*
* DGFI(Deutsches Geodätisches Froschungsinstitut), IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) e BEK (Bayerische Kommission für die Internationale Erdmessung), atual Kommission für Erdmessung und Glaziologie (KEG)
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REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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http://www.sirgas.org/pt/sirgas-realizations/sirgas2000/
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REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REALIZAÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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SIRGAS-CON (realização atual)
• ≈ 400 estações de monitoramento contínuo
• Dados continuamente processados pelos Centros de
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• Dados continuamente processados pelos Centros de Análises SIRGAS – fornecem soluções multianuais (1-2 anos) e soluções semanais
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http://www.sirgas.org/fileadmin/images/SIRGAS-CON-D.pdf
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4.4 – Conversão e Integração entre Redes Geodésicas de Referência;
• Parâmetros de transformação na PR 22 de 21 de julho de 1983: (Córrego para SAD69 – realização inicial)
RELAÇÃO CÓRREGO ALEGRE – SAD 69
Eng
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gráf
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e de
Agr
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sura
Translação em X (∆X) = -138,70 mTranslação em Y (∆Y) = 164,40 mTranslação em Z (∆Z) = 34,40 m
• (SAD69 para Córrego) precisão?
Translação em X (∆X) = 138,70 mTranslação em Y (∆Y) = -164,40 mTranslação em Z (∆Z) = -34,40 m
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( ){ }π
ϕλϕλϕϕϕ 180coscos2
111111111
1
0 ZsenYsenXsensenaffaM
∆+∆−∆−∆+∆=∆
{ }π
λλϕ
λ 180cos
cos
111
0 YXsenN
∆+∆−=∆
• Modelo matemático: Equações diferenciais simplificadas de Molodensky
RELAÇÃO CÓRREGO ALEGRE – SAD 69
Eng
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πϕcos 1111N
( ) 1111112
11 coscoscos ϕλϕλϕϕ ZsensenYXasenaffaN ∆+∆+∆+∆−∆+∆=∆00
102 ϕϕϕ ∆+=
00
1
0
2λ∆λλ +=
( ) 2/1
122
1
11
1 ϕsene
aN
−= ( )
( ) 2/3
122
1
211
122
1
11
1
1
cos'1 ϕϕ sene
ea
e
NM
−−=
+=
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• Não existem parâmetros de transformação
RELAÇÃO SAD 69 – SAD 69 (1996)
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gráf
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sura
RELAÇÃO WGS 84 – SAD 69
• Parâmetros de transformação na Resolução 23 de 21 de fevereiro de 1989, que altera o Apêndice II da PR 22: (WGS84 para SAD69)
Translação em X (∆X) = 66,87 m ± 0,43 m
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ng. C
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gráf
ica
e de
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Translação em X (∆X) = 66,87 m ± 0,43 mTranslação em Y (∆Y) = -4,37 m ± 0,44 mTranslação em Z (∆Z) = 38,52 m ± 0,40 m
(SAD69 para WGS84) realização inicial – estação Chuá
Translação em X (∆X) = -66,87 m ± 0,43 mTranslação em Y (∆Y) = 4,37 m ± 0,44 mTranslação em Z (∆Z) = -38,52 m ± 0,40 m
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gráf
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e de
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11111 coscos)( λϕhNX +=
11111 cos)( λϕ senhNY +=
( )[ ] 112111 1 ϕsenheNZ +−=
−++=
uaeYX
usenbeZ3
222
2/122
22
32
222
2 cos)(
'arctanϕ
= 22 X
Yarctanλ
(para o quadrante em que se situa o
Sequência de cálculo para a transformação:E
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gráf
ica
e de
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sura
Eng
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XXX 12 ∆+=
YYY 12 ∆+=
ZZZ 12 ∆+=
=2
2 Xarctanλ
que se situa o Brasil)
( )2
2
2/122
22
2 cosN
YXh −+=
ϕ
Onde u é a latitude reduzida
( ) 2/12utg1
tgusenu
+= ( ) 2/12utg1
1ucos
+= ( ) 2
22/12
222
2
b
a
YX
Ztgu
+=
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gráf
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e de
Agr
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sura
RELAÇÃO SAD 69 - SIRGAS
• Parâmetros de transformação (SAD69 para SIRGAS) estimados com base em 63 estações GPS (Resolução PR n0 1, de 25/02/2005)
Translação em X (∆X) = -67,35 m ∆
Eng
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gráf
ica
e de
Agr
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sura
Translação em X (∆X) = -67,35 m Translação em Y (∆Y) = 3,88 mTranslação em Z (∆Z) = -38,22 m
(SIRGAS para SAD69)
Translação em X (∆X) = 67,35 m Translação em Y (∆Y) = -3,88 mTranslação em Z (∆Z) = 38,22 m
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Eng. Cartográfica e de AgrimensuraEng. Cartográfica e de AgrimensuraEng. Cartográfica e de AgrimensuraEng. Cartográfica e de Agrimensura
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sura • A resolução de adoção do SIRGAS indica que para
aplicações de alta precisão deve-se utilizar o campo de velocidades disponibilizado para a América do Sul. O uso deste campo de velocidades, disponível em <www.sirgas.org>, permite atualizar as coordenadas de
4.5 – Variação temporal das coordenadas: época de referência.
Eng
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gráf
ica
e de
Agr
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sura
<www.sirgas.org>, permite atualizar as coordenadas de uma estação da época de referência (2000,4) para outra época qualquer
Procedimento necessário quando da implantação de novas estações via rastreio GNSS e vinculadas à Rede de Referência SIRGAS
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e de
Agr
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sura
Procedimento para o cálculo de novas coordenadas(OBS: mesmo referencial porém épocas diferentes )
- Transformar as coordenadas das estações de referência da época de definição (t0) até a época atual (do rastreio) (tk)
- Realizar o processamento, cálculo das novas
Eng
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gráf
ica
e de
Agr
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sura
- Realizar o processamento, cálculo das novas coordenadas
- Transformar as coordenadas para a época t0
Conhecer a variação das coordenadas devido a movimentos da crosta terrestre
Teoria da tectônica de placas
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Procedimento para o cálculo de novas coordenadas
Definição do SGR
Realização SGRConj de coordenadasna época t0 - Xi(t0)(pontos que servemcomo referência à
Rastreio de uma novaestação j na época tk
Atualizar as coordenadas da estação i (estação de referência)
dX
Eng
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gráf
ica
e de
Agr
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sura
como referência ànovos levantamentos) )tt(
dt
dX)t(X)t(X 0k
i0iki −+=
Processamento dos dados
Cálculo das coordenadasdos novos pontos naépoca tkXj(tk)
Cálculo das coordenadas dos novos pontos na época de
referência t0Xj(t0)
)tt(dt
dX)t(X)t(X 0k
jkj0j −+=
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gráf
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Agr
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sura
Procedimento para o cálculo de novas coordenadas
Atualizar as coordenadas da estação i (estação de referência)
)tt(dt
dX)t(X)t(X 0k
i0iki −+=
O problema é Cálculo das coordenadas dos
Necessidade de conhecer a
velocidade da estação de referência
Eng
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e de
Agr
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sura
O problema é conhecer a variação
das coordenadas (velocidades) das estações novas
(velocidade esta que não é medida)
Cálculo das coordenadas dos novos pontos na época de
referência t0Xj(t0)
)tt(dt
dX)t(X)t(X 0k
jkj0j −+=
Estabelecimento de modelos que descrevam a cinemática das placas
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OBSERVAÇÃO: Procedimento para o cálculo de novas coordenadas
Atualizar as coordenadas da estação i (estação de referência)
)tt(dt
dX)t(X)t(X 0k
i0iki −+=
Necessidade de conhecer a
velocidade da estação de referência
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OBS: As soluções semanais das estações da rede SIRGAS-CON são soluções “atualizadas”. Desta
forma, se uma estação de monitoramento contínuo SIRGAS-CON for utilizada como estação de
referência para o posicionamento GNSS não é necessário fazer a redução para a época do
levantamento, basta utilizar a respectiva solução semanal → porém as coordenadas estão
vinculadas a uma materialização atual do SGR –CUIDADO!!!
OBS: As soluções semanais das estações da rede SIRGAS-CON são soluções “atualizadas”. Desta
forma, se uma estação de monitoramento contínuo SIRGAS-CON for utilizada como estação de
referência para o posicionamento GNSS não é necessário fazer a redução para a época do
levantamento, basta utilizar a respectiva solução semanal → porém as coordenadas estão
vinculadas a uma materialização atual do SGR –CUIDADO!!!
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Ver: www.sirgas.org
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Ver: www.sirgas.org
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Eng. Cartográfica e de AgrimensuraEng. Cartográfica e de AgrimensuraEng. Cartográfica e de AgrimensuraEng. Cartográfica e de Agrimensura
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MODELOS GEOFÍSICOS
• Descreve a cinemática das placas por meio de observações geofísicas (velocidade de expansão do fundo oceânico, azimute das falhas localizadas nos oceanos, sismologia em terremotos)
• Desvantagens
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- Os dados são provenientes dos limites das placas que são áreas de grande deformação (não são representativos para toda a placa)
- As velocidades são médias de tempos geológicos, será que são representativas para hoje?
- Instabilidades provocadas por terremotos
- Distribuição dos dados não é ótima
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MODELOS GEOFÍSICOS• Exemplos
- NUVEL-1
- NNR NUVEL-1A
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MODELOS GEODÉSICOS
Determinados a partir de posicionamento geodésico GNSS em pelo menos duas épocas distintas ou de forma contínua
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Fonte: www.iers.org
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MODELOS GEODÉSICOSE
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Fonte: www.sirgas.org VEMOS2015VEMOS2009
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