Software RT PPP - PPP Online Descrição e Manual de...

Manual do RT_PPP online

Software RT_PPP - PPP Online

Descrição e Manual de Uso

Haroldo Antonio Marques

Bruno Vani / Rogério Oyama

João Francisco Galera Monico

2015


Sumário

1. Introdução .................................................................................................... 3

2. Principais características do RT_PPP ......................................................... 3

3. Utilização do RT_PPP online ....................................................................... 6

4. Resultados gerados pelo RT_PPP .............................................................. 8

5. Considerações Finais ................................................................................ 12

Bibliografia........................................................................................................ 13


1. Introdução

O software RT_PPP assim denominado para designar Real Time PPP foi

desenvolvido na FCT/UNESP (Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade

Estadual Paulista - SP) na tese de doutorado desenvolvida por Marques (2012) com o

objetivo de realizar PPP em tempo real. Apesar de ser desenvolvido visando aplicação

em tempo real, há uma versão disponível para o modo PPP pós-processado, a qual

atualmente se encontra inserida no PPP online disponível para toda a comunidade

usuária.

O software RT_PPP permite processar observações de código e fase (L1 e

L2) GPS no modo PPP e dispões de várias opções de processamento, dentre as quais

se destacam diferentes formas de corrigir os erros provocados pela troposfera e

ionosfera. O software foi desenvolvido em linguagem de programação C/C++ e os

processamentos podem ser realizados no modo época por época, estático ou

cinemático utilizando o Filtro de Kalman com aplicação do controle de qualidade a

partir do método DIA (Detecção, Identificação e Adaptação) (TEUNISSEN, 1998;

MACHADO, 2001; MONICO, 2008).

O sistema online pode ser acessado através do endereço de internet <

http://is-cigala-calibra.fct.unesp.br/ppp/index.php >, onde o usuário tem à disposição

uma interface com diversas opções de processamento, sendo possível, por exemplo,

enviar seu arquivo RINEX ou até mesmo realizar PPP para uma determinada estação

pertencente à RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo).

É importante destacar que o processamento com o RT_PPP online requer

conhecimentos técnicos específicos por parte do usuário, visto que este deverá

escolher entre as diversas opções, tal como, a utilização somente de medidas

derivadas do código CA, ou CA juntamente com P2 ou medidas de código e fase. Se

escolher somente CA, por exemplo, não é possível aplicar a combinação ion-free (livre

da ionosfera) para eliminar o atraso da ionosfera, logo, o modelo de Klobuchar ou um

Mapa Global da Ionosfera (GIM – Global Ionosphere Map) poderá ser aplicado.

A próxima seção descreve as principais características do software RT_PPP

e em seguida é apresentada a forma de utilização e resultados disponibilizados aos

usuários.

2. Principais características do RT_PPP

O RT_PPP permite processar com as medidas GPS P1, P2 e fases na L1 e

na L2, porém, quando P1 ou P2 não estão disponíveis devido a configurações ou

http://is-cigala-calibra.fct.unesp.br/ppp/index.php


restrições dos receptores, o RT_PPP utiliza C1 ou L2C, aplicando as correções de

DCBs (Differential Code Bias) para compatibilizar as medidas com P1 e P2 (DACH et

al., 2007).

As principais modelagens matemáticas para eliminar ou minimizar os efeitos

sistemáticos nos sinais GPS são mostradas na Tabela 1:

Tabela 1 - Modelagem matemática implementada no software RT_PPP

Efeito Estratégia

Ionosfera – 1a ordem Combinação ion-free

Estimativa da ionosfera como processo estocástico

Troposfera

Somente modelo de Hopfield + GPT

GMF + TZD a partir de dados do CPTEC

VMF1 + TZD a partir de dados ECMWF

TZH fixo + TZW estimado (random walk)

Carga de marés oceânicas Aplicada

Marés de corpos terrestres Modelos descritos pelo IERS 2003 (McCARTHY; PETIT,

2003)

PCV receptor e satélite Variação absoluta do centro de fase das antenas (PCO e

PCV)

Efemérides precisas Órbita final IGS

Correção do erro do relógio do

satélite Pós-processado (taxa de 30 segundos)

Differential Code Bias (DCB) Valores mensais estimados pelo CODE

Ambiguidades Solução float

Fase wind-up Aplicado

Efeito de relatividade Aplicado

A correção dos efeitos da ionosfera pode ser feita através da combinação ion-

free para o caso de dupla frequência ou da estimativa do efeito ionosférico na direção

receptor-satélite, modelo de Klobuchar ou mapas globais (GIM) para o caso de

simples frequência. Ao se aplicar a estimativa da ionosfera, o valor aproximado

adotado para o parâmetro ionosfera advém do modelo de Klobuchar e a estimativa é

realizada com base na introdução de uma pseudo-observação para cada satélite e

respectivo desvio-padrão adotado pelo usuário. O parâmetro da ionosfera, nesse caso,

é tratado como white noise (ruído branco) no Filtro de Kalman, de forma que no início

de cada época reinicializa-se a Matriz de Variância e Covariância (MVC) do vetor

estado predito referente ao parâmetro da ionosfera.

Com relação aos efeitos da troposfera, é possível aplicar as correções

através do modelo de Hopfield, a utilização do modelo de Previsão Numérica do

Tempo (PNT) do CPTEC (Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos),

modelo de PNT Europeu (ECMWF - European Centre for Medium-Range Weather

Forecasts) juntamente com função de mapeamento de Viena (VMF – Vienna Mapping


Function) ou a estimativa da troposfera (SAPUCCI, 2001; MONICO, 2008; BOEHM;

SCHUH, 2004).

Para a correção da troposfera utilizando o modelo de Hopfield, adotam-se

parâmetros de pressão e temperatura como entrada para o modelo, os quais são

calculados a partir da função GPT (Global Pressure and Temperature), disponível em:

http://ggosatm.hg.tuwien.ac.at/DELAY/SOURCE/ (Acesso em: mar. 2015).

Com relação à estimativa de parâmetros da troposfera, estima-se a

componente úmida da troposfera (Tzw) tratando-a como um processo estocástico

random walk, sendo que a componente hidrostática é calculada com base em um

modelo (Hopfield ou PNT) e é mantida fixa durante todo o processamento.

Para a modelagem estocástica é possível utilizar os modelos em função do

ângulo de elevação do satélite conforme descritos em Silva (2009). A variação do

centro de fase (PCV – Phase Center Variation) da antena do receptor e do satélite é

corrigida utilizando a correção com base em calibração absoluta. Outras correções se

referem às da fase windup, modelos de marés terrestres e oceânicas, correção devido

aos efeitos de relatividade, entre outros. (STRANGE; BORRE, 1997;

McCARTHY;PETIT, 2003; LEICK, 2004; SEEBER, 2003; KOUBA, 2009;)

Descrição mais detalhada sobre o método PPP e modelos matemáticos a

serem aplicados para correção de efeitos sistemáticos nas medidas GPS podem ser

encontrados na literatura especializada sobre Geodésia por satélites.

http://ggosatm.hg.tuwien.ac.at/DELAY/SOURCE/


3. Utilização do RT_PPP online

Ao acessar a página http://is-cigala-calibra.fct.unesp.br/ppp/index.php o

usuário terá acesso a pagina principal do PPP online, onde se tem diversas opções de

processamento, como pode ser visto na Figura 3.1.

Figura 3.1 - Pagina principal do RT_PPP online



No caso do exemplo apresentado na Figura 3.1, o usuário pode

primeiramente escolher entre processar seu arquivo RINEX ou dados GPS de uma

estação da RBMC. Ao escolher a segunda opção, basta escrever o acrônimo da

estação RBMC, seguido do ano e dia do ano. No exemplo em questão foi escolhida a

estação PPTE (Presidente Prudente - SP) para o dia 100 do ano de 2014.

Na opção observáveis, o usuário pode escolher usar somente código, ou

código e fase na L1 e na L1 e L2. É necessário saber que ao usar somente C/A ou C/A

e fase L1 não é possível, por exemplo, aplicar a combinação ion-free.

É possível ainda escolher entre o uso de efemérides precisas ou transmitidas,

usar ou não as correções precisas de relógios dos satélites e estimar ou aplicar

modelos de correção da troposfera. O usuário pode escolher as épocas que deseja

processar, onde se tem a época inicial e a final. No caso de uma coleta de 24 horas

com taxa de coleta de 15 segundos, tem-se aproximadamente 5760 épocas de dados.

Na opção de coordenadas de referência podem-se inserir as coordenadas

conhecidas da estação, as quais serão utilizadas para comparar com as coordenadas

estimadas. Neste caso se forem utilizadas coordenadas no sistema de referência

SIRGAS2000 (época 2000,4) ou outro sistema moderno, é possível informar as

velocidades da estação e respectiva época de referência para atualização das

coordenadas para a época do processamento. É importante dizer que ao utilizar

efemérides precisas, as coordenadas da estação estimadas estarão referenciadas a

um dos ITRFs, atualmente, o ITRF2008. Desta forma, para fins de análises é

interessante utilizar coordenadas de referência advindas da rede SIRGAS-CON, a qual

contém soluções semanais no ITRF vigente. Quando não se conhece as coordenadas

de referência, que se trata da maioria dos casos para aplicações práticas, pode-se

deixar as coordenadas em branco.

Os dados GPS podem ser processados no PPP modo estático, cinemático ou

época por época. No modo estático, os dados são processados de forma acumulativa

no Filtro de Kalman, ou seja, em cada época utiliza-se o vetor estado predito e sua

MVC juntamente com as medidas da época para estimativa atual dos parâmetros.

Quando se realiza o processamento no modo cinemático, considera-se que o receptor

GPS está em movimento (coordenadas variando em cada época), contudo, as

ambiguidades e outros parâmetros são estimados de forma acumulativa,

proporcionando a estimativa mais precisa das coordenadas. No caso de solução PPP

época por época, os dados são processados independentemente em cada época, ou

seja, na época atual do processamento, não se faz uso de informações advindas de

épocas anteriores.


A aplicação comumente para o PPP envolve o uso de medidas de código e

fase na L1 e L2 com aplicação da combinação ion-free, estimativa da troposfera como

random walk, uso de efemérides precisas e correções dos relógios dos satélites,

aplicação de PCVs e outras correções como descritas na Tabela 1. Os resultados

gerados pelo RT_PPP online são disponibilizados em forma de arquivos e gráficos, os

quais são brevemente descritos na próxima seção.

4. Resultados gerados pelo RT_PPP

Após o usuário pressionar o botão processar na interface principal do

RT_PPP online (ver Figura 3.1), o processamento automático dos dados é realizado e

após alguns instantes, uma página com os arquivos de resultados é disponibilizada

como exemplificado na Figura 4.1.

Figura 4.1 - Pagina principal do RT_PPP online

Como pode ser visto na Figura 4.1, são disponibilizados os seguintes

arquivos:

Arquivo.inp - arquivo de entrada para o RT_PPP com as informações

escolhidas pelo usuário;

Arquivo.out – contém resultados gerados pelo software em cada época, tal

como: coordenadas estimadas, precisões, erros no SGL (Sistema Geodésico

Local), estimativa da troposfera, entre diversas outras informações;


Arquivo.sum – Exibe um sumário do processamento com as opções aplicadas

no processamento e resultados finais para o caso de posicionamento estático

ou em cada época para o caso de cinemático.

Log do servidor – contém informações relacionadas ao servidor de internet e

do processamento realizado pelo software;

Relatório – exibe informações de sumário e gráficos gerados automaticamente,

tais como discrepância no SGL, Precisões, Troposfera estimadas, gráfico de

LOM (Local Overall Model), entre outros.

Um exemplo real de processamento foi realizado para o dia 100 de 2014 na

estação PPTE e o arquivo de sumário pode ser visto Figura 4.2.

Figura 4.2 – Arquivo de sumário gerado pelo RT_PPP online

No exemplo apresentado com sumário na Figura 4.2, verifica-se que o

processamento foi no modo PPP estático, com aplicação da ion-free, estimativa da

troposfera (5 mm/raiz da hora), aplicação de órbitas precisas e correções dos relógios


dos satélites. As épocas de processamento foram de número 1 até 5700 (0 h até

aproximadamente 23:45 h do dia). A máscara de elevação foi de 10 graus e no modelo

estocástico foi aplicado ponderação em função do inverso do seno do ângulo de

elevação. Foram aplicadas correções de marés terrestres e oceânicas, DCBs,

correções de PCVs, entre outras.

As coordenadas cartesianas estimadas e suas precisões são apresentadas no

ITRF2008 (IGS08), além dos ‘erros’ e/ou discrepâncias no SGL juntamente com a

precisão propagada. No caso, os erros após um dia de processamento foram de 0,003

m, 0,006, e 0,029 m, respectivamente para as componentes E, N e Up do SGL.

Os gráficos com a série temporal diária dos erros, precisões, estimativa do

atraso da troposfera também podem ser visualizados e alguns exemplos são

mostrados a seguir:


Figura 4.3 – Gráficos gerados pelo RT_PPP online (PPP estático PPTE – dia 100 de 2014)


5. Considerações Finais

Este manual teve como principal objetivo apresentar o sistema de PPP online

disponível em <http://is-cigala-calibra.fct.unesp.br/ppp/index.php>, o qual faz uso do

software RT_PPP desenvolvido por Marques, H. A (2012) numa tese de doutorado na

FCT/UNESP sob orientação do Professor Dr. João F. G. Monico. Foram apresentadas

as principais características do software e opções de processamento, além de

informações do uso do sistema de PPP online. Um exemplo prático foi apresentado

com processamento no modo PPP estático para a estação PPTE no dia 100 de 2014 e

os resultados podem ser vistos na seção 4.

O sistema está disponível gratuitamente à comunidade usuária sendo

importante enfatizar que o software possui características acadêmicas e científicas, se

encontra em fase de desenvolvimento e não foi projetado para fins comerciais ou

operacionais, de forma que os autores não podem ser responsabilizados por

quaisquer falhas ou problemas ocorridos na sua utilização ou advindas dos resultados

obtidos. O retorno por parte dos usuários na ocorrência de problemas na etapa de

processamento dos dados GPS é fundamental para o aprimoramento do serviço.

Agradecimentos

Os autores agradecem à FAPESP (Processo: 2007/08687-4) pelo apoio em

forma de bolsa de doutorado, ao Programa de Pós-Graduação em Ciências

Cartográficas da FCT/UNESP, ao CNPQ pelo apoio atualmente em forma de projeto

Universal (Processo: 475775/2013-9) e ao projeto Cigala/Calibra financiado pela

comunidade Europeia (FP7–GALILEO–2011–GSA–1a)



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