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REFERENCIAIS
Prof. Dra. Daniele Barroca Marra Alves
-CELESTE
-TERRESTRE
INTRODUÇÃO
Sistemas de Referência - Motivação
Porque são necessários???
Qual a importância para a Geodésia?
INTRODUÇÃO
Quais as principais etapas envolvidas?
Definição
Realização
Apropriadas
Precisas
Consistentes
ATIVIDADE
Defina o “seu” sistema de referência
O que ele deve possuir?
O que deve ser definido?
É só teórico?
Destacar do caderno e entregar para discussão.
DEFINIÇÃO E REALIZAÇÃO
INTRODUÇÃO
A definição e realização são essenciais para (MONICO,
2008):
Descrição do movimento dos satélites (órbitas);
Modelagem das observáveis;
Representação, interpretação e, quando necessário,
transformação dos resultados.
O aumento na acurácia de muitas técnicas de observação por
satélites está intimamente ligado com um aumento na acurácia
dos sistemas de referência (SEBBER, 2003).
DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA
A definição dos sistemas de referência é de extremaimportância.
Definição - caracteriza-se pela definição conceitual de como osistema de coordenadas é formado.
Define a origem e a orientação dos planos fundamentais ou eixos dosistema;
Também inclui a teoria fundamental envolvida (modelos físicos ematemáticos) e os padrões adotados;
Em inglês o termo adotado é reference system.
Por exemplo, os modelos usados para determinação davelocidade das estações, baseados na teoria das placastectônicas ou a partir de medidas de longa duração, se inseremna definição de um sistema de referência terrestre.
Um referencial ideal seria aquele que a origem estivesse emrepouso ou em movimento retilíneo uniforme, o que caracterizariaum referencial inercial, dentro do conceito da mecânica deNewton.
Num sistema de referência terrestre, a origem é o geocentro, que possuiaceleração em seu movimento de translação ao redor do sol (apesar depequena) - referencial quase-inercial.
No celeste, um sistema inercial é definido por meio de posições deobjetos extragalácticos, cujos movimentos próprios são desprezíveis, aocomparar com a acurácia das medidas realizadas sobre os mesmos.
Além disso, na conceituação, devem ser considerados fatoresrelacionados à deformação da Terra a nível global, regional e local,bem como outros.
DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA
Em geral, cada instituição ou grupo de pesquisadores envolvidoscom referenciais dispõe de uma solução específica para a definiçãodo referencial.
TRS (Terrestrial Reference System – Sistema de Referência Terrestre)para o caso terrestre;
CRS (Celestial Reference System – Sistema de Referência Celeste) parao celeste.
Para fins operacionais, torna-se necessário adotar um referencial, oqual em geral é adotado por convenção, quer seja o terrestre ouceleste, dando origem ao sistema de referência convencional.
Os modelos, constantes numéricas e algoritmos são especificados.
Eles proporcionam a origem, escala e orientação do sistema, bemcomo sua evolução temporal. Tem-se então:
CTRS (Conventional Terrestrial Reference System – Sistema deReferência Terrestre Convencional);
CCRS (Conventional Celestial Reference System – Sistema deReferência Celeste Convencional).
DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA
Realização - definido um referencial e adotado por convenção, o
passo seguinte é a coleta de observações a partir de pontos
devidamente materializados na superfície terrestre (rede), ou
próximos a ela.
Fazem parte ainda:
Processamento e análise das observações;
Divulgação dos resultados, que se caracteriza pelo conjunto de
coordenadas associado à uma época particular.
Essas coordenadas podem vir acompanhadas de suas respectivas
velocidades;
No caso de um referencial celeste, a realização é uma lista de
coordenadas (ascensão reta e declinação) de objetos extragalácticos.
Esse conjunto materializa o sistema de referência. Em inglês o
termo adotado é reference frame.
REALIZAÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA
Densificação – Após a definição e realização do referencial, outroaspecto importante diz respeito à sua densificação.
Procedimento que, no caso terrestre, visa aumentar a densidade deestações (pontos materializados com espaçamento menor).
Logo, a densificação passa a ser uma expansão damaterialização.
Resumindo:
Definição de um sistema de referência - caso ideal - fica limitadaem razão dos erros inerentes às observáveis utilizadas na suarealização e da imprecisão das constantes adotadas porconvenção;
Realização - nada mais é que uma lista de coordenadas evelocidades dos objetos que materializam o sistema, que pode serdenominada de conjunto de coordenadas de referência.
DENSIFICAÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA
DEFINIÇÃO E REALIZAÇÃO
Cite as principais etapas associadas a Definição e Realização dos
sistemas de referência.
O que vai definir a acurácia do sistema de referência?
O que ocorre com a acurácia quando são integradas diferentes
técnicas?
ACURÁCIA NOS SISTEMAS DE REFERÊNCIA
A acurácia das coordenadas de referência deve ser compatível com
a da tecnologia de posicionamento adotada.
Caso contrário, a qualidade dos resultados se deteriora;
Exemplo - integração de levantamentos GNSS de alta precisão a
uma rede levantada por técnicas convencionais (triangulação,
trilateração, poligonais, etc.)
Nesse caso, a integração deteriorará a qualidade dos resultados obtidos
com o GNSS;
ATIVIDADE
Com o que vocês já aprenderam, completem os conceitos
listados no início da aula.
Cada aluno irá complementar o de um colega.
REFERENCIAIS ADOTADOS NO GNSS
REFERENCIAIS ADOTADOS NO GNSS
No posicionamento por satélites, os referências adotados são, emgeral, globais e geocêntricos.
O movimento dos satélites ocorre ao
redor do centro de massa da Terra.
As estações terrestres são, normalmente, representadas numsistema fixo a Terra, que rotaciona com a mesma (sistematerrestre).
O movimento do satélite é melhor
descrito no sistema de coordenadas
equatoriais (sistema celeste).
Como ambos os sistemas são
geocêntricos, tem-se referenciais
“quase-inerciais”.
REFERENCIAIS
RELAÇÃO ENTRE REFERENCIAIS
Definido os dois referencias (celeste e terrestre), tem-se ainda que
conhecer a relação entre eles, para poder modelar adequadamente
as observáveis.
No ajustamento, é essencial que posições dos satélites e estações
terrestres sejam representadas no mesmo sistema de referência.
Grande parte dos levantamentos até então executados está
referenciada a sistemas regionais (quase-geocêntricos), tal como a
maioria dos documentos cartográficos.
No caso do Brasil, um dos referenciais do Sistema Geodésico Brasileiro
(SGB) coincide com o Sistema de Referência da América do Sul (SAD
69: South American Datum of 1969), o qual não é geocêntrico.
A relação matemática entre os sistemas regionais e aqueles usados em
posicionamento por satélites deve ser conhecida.
REFERENCIAIS
A tendência mundial aponta para a adoção de sistemas
geocêntricos, não só para fins geodésicos, mas também para fins de
mapeamento.
Vários países estão desenvolvendo atividades visando atingir esse
objetivo.
No Brasil, desde 2005 o referencial geocêntrico que pode ser adotado é
o SIRGAS (Sistema de Referência Geocêntrico das Américas).
Deve-se ainda lembrar que as posições relativas e orientação dos
vértices se alteram com o transcorrer do tempo.
A época associada ao referencial realizado é de fundamental
importância.
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE E
TERRESTRE
Posicionamento por satélites - envolve os sistemas de
coordenadas celestes e terrestres convencionais.
geocêntricos
Mais detalhes de tais sistemas são vistos a seguir.
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE
CCRS (Convencional Celestial Reference System) - CoordenadasEquatoriais;
Origem – Centro de Massa da Terra;
Eixo Xc - aponta para o equinócio dinâmico as 12h TDB(Barycentric Dynamical Time) no Dia Juliano 2451545,0, épocaJ2000;
Eixo Zc - direção do pólo de referência convencional na mesmaépoca;
Eixo Yc - completa o sistema dextrógiro.
Zc
Xc
Yc
Polo Norte(J2000)
Plano Equatorialg (J2000)
Esse sistema foi adotado na
Assembléia Geral da IAU em 1997,
sob a denominação de ICRS
(International Celestial Reference
System – Sistema de Referência
Celeste Internacional).
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE
O ICRS é materializado por uma série de coordenadas
equatoriais, ascensão reta e declinação, de fontes de rádio
extragaláctico quasars, determinadas a partir da técnica VLBI.
Realizações do ICRS, que é o referencial estabelecido pelo
IERS (International Earth Rotation and Reference System
Service), denominado ICRF (IERS Celestial Reference
Frame), vinham ocorrendo anualmente entre 1989 e 1995.
O IERS propôs que a versão de 1995 fosse adotada como
sendo o ICRS, o que foi oficialmente aceito na assembleia da
IAU de 1997. A última realização é de 1999, e conta com 667
objetos.
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE
A manutenção do ICRS requer que a estabilidade dascoordenadas das fontes seja monitorada através de novasobservações VLBI e reanálises.
As atualizações comparecem nas publicações do IERS.
Uma realização do ICRS é:
Catálogo Hipparcos - contém uma lista de coordenadas de118218 estrelas para a época J1991,25, com precisão da ordemde 0,77 e 0,64 mas (milionésimo do arco de segundo) emascensão reta e declinação, respectivamente (McCarthy, 2003).
Essas coordenadas foram determinadas usando o telescópioóptico do satélite Hipparcos (High Precision ParallaxCollecting Satellite).
A vinculação do ICRF com um referencial prático de serutilizado no posicionamento por satélite se concretiza atravésdo ITRF (International Terrestrial Reference frame).
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE
O ITRS (International Terrestrial Reference System) é um
sistema de referência espacial que rotaciona com a Terra em
seu movimento no espaço.
Tem origem no centro de massa da Terra
O sistema de referência terrestre deve atender as condições:
é geocêntrico, sendo que o centro de massa é definido usando a Terratoda, incluindo oceanos e atmosfera;
a escala é consistente com o TCG (Tempo Coordenado Geocêntrico)para um referencial geocêntrico;
sua orientação é dada pelo BIH (Bureau International de L`Heure) naépoca 1984,0;
sua evolução temporal em orientação é assegurada pelo uso dacondição de rede que não rotaciona com respeito ao movimentotectônico horizontal sobre toda a Terra.
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE
O CTRS é um sistema fixo à Terra, isto é, ele rotaciona com
ela.
Escala - está diretamente relacionada com a referência de
tempo utilizada na determinação das órbitas dos satélites,
onde os efeitos relativísticos devem ser levados em
consideração.
Evolução temporal em orientação - é garantida pela
introdução da condição de um referencial NNR (No Net
Rotation – Rede Sem Rotação)
A realização de um CTRS deve, de preferência, ser especificada
em coordenadas cartesianas;
O eixo Z aponta na direção do CTP (Pólo terrestre convencional);
O eixo X na direção média do meridiano de Greenwich;
O eixo Y de modo a tornar o sistema dextrógiro.
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE
A realização do CTRS é composta por um catálogo de coordenadas
e velocidades de um grupo de estações IERS.
As coordenadas dessas estações têm sido determinadas com VLBI,
SLR, GNSS e DORIS.
Cada uma das realizações é designada por ITRF-yy.
O número yy especifica os dois últimos dígitos do último ano cujos dados
contribuíram com a realização em consideração.
Se coordenadas geodésicas são necessárias, deve-se usar o
elipsoide GRS-80.
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE
TRANFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS
A transformação do sistema celeste (CCRS) para o terrestre
(CTRS) é realizada empregando uma sequência de
rotações que levam em consideração:
a precessão (P);
a nutação (N);
a rotação e orientação da Terra (S), incluindo o movimento do pólo.
onde e representam vetores posicionais nos sistemas
terrestre e celeste.
cXSNPX T
TX
CX
http:www.iers.org
http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/
TRANFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS
MATERIAL DE APOIO
Livros
HOFMANN-WELLENHOF, B.; LICHTENEGGER, H.; COLLINS,
J.. GNSS – Global Navigation Satellite Systems GPS,
GLONASS, Galileo, and more. New York: Springer-Verlag, 2008.
516p.
MONICO, J. F. G. Posicionamento pelo GNSS: Descrição,
fundamentos e aplicações. 2ª ed. São Paulo: Editora UNESP.
2008.
SEEBER, G. Satellite Geodesy: Foundations, Methods, and
Applications. Berlin, New York: Walter de Gruyter, 2003.
QUESTÕES
1) Porque a definição e realização dos referenciais são importantes?
2) Qual o nível de acurácia exigido para os referenciais?
3) Do que se trata a definição do referencial?
4) Qual o termo adotado em inglês para a definição de um referencial?
5) Como seria um referencial ideal?
6) O que é a realização de um referencial?
7) Qual o termo adotado em inglês para a realização de um referencial?
8) Dê exemplos de realizações de referenciais terrestres e celestes.
9) O que é densificação? qual sua importância no referencial?
10) Como são os referenciais no caso de posicionamento por satélite?
11) Dê exemplos de referenciais empregados no Brasil.
12) A época associada ao referencial é importante? Porque?
13) Quais parâmetros são importantes na definição dos sistemas dereferência celeste e terrestre?
14) Como é materializado um sistema de referência celeste?
15) Como é materializado um sistema de referência terrestre?
16) É possível realizar transformações entre referenciais celestes eterrestres? Como?