1.0 TÉCNICAS DE POSICIONAMENTO GPS

O posicionamento através do GPS pode ser realizado a partir de diferentes técnicas e observáveis, as quais fornecem níveis de precisão que variam desde algumas dezenas de metros até poucos milímetros.

Ressalta-se que a observável utilizada no processo de estimação das coordenadas é um dos principais fatores que influenciam os níveis de precisão alcançados.

Normalmente, o posicionamento com GPS é efetuado a partir da fase de batimento da onda portadora e/ou da pseudodistância. Devido à precisão da medida da fase da onda portadora ser da ordem de milímetros, ela é a observável indispensável na obtenção de posicionamentos que requeiram melhor precisão. A pseudodistância é mais utilizada em posicionamentos com precisão de ordem métrica.

Embora os satélites transmitam todos os sinais continuamente, nem todos os receptores são desenvolvidos para rastreá-los. Os receptores podem ser classificados, segundo sua utilização, como:

− Navegação – destinado à navegação terrestre, marítima e aérea, bem como a levantamentos com precisão de ordem métrica. Na maioria dos casos, as observações utilizadas são as pseudodistâncias derivadas do código C/A, embora alguns programas permitam extrair as observações de pseudodistância e da fase da onda portadora para posterior processamento;

− Topográfico – podem proporcionar posicionamento preciso quando utilizados em conjunto com um ou mais receptores localizados em estações de referência, mas sua utilização fica restrita a uma área compreendida dentro de um círculo de raio de aproximadamente 10 km sendo normalmente utilizado na topografia. Estes receptores são capazes de rastrear a fase da onda portadora L1 e o código C/A;

− Geodésico – receptores capazes de rastrear a fase da onda portadora nas duas frequências. Isso possibilita a sua utilização em linhas de base maiores que 10 km, pois é possível modelar a maior parte da refração ionosférica a partir do uso da combinação linear livre da ionosfera (ion free) durante o processamento dos dados. Normalmente estes receptores são utilizados na geodésia

As técnicas podem ser divididas quanto à metodologia adotada, ou seja, utilizando ou não uma estação de referência, sendo denominadas de posicionamento relativo e posicionamento por ponto, respectivamente. No posicionamento por pontos, a posição do ponto é determinada num sistema de referência bem definido, que no caso do GPS é o WGS-84. No posicionamento relativo, a posição de um ponto é determinada com relação a do outro, cujas coordenadas devem ser conhecidas. As coordenadas do ponto conhecido devem estar referenciadas ao WGS-84, ou num sistema compatível, caso se efetue o posicionamento usando o GPS. Neste caso, os elementos que compõem a linha base, ou seja, DX, DY e DZ, são determinados e, ao serem acrescentados as coordenadas do ponto base, proporcionam as coordenadas do ponto desejado. Pode-se ainda acrescentar que tanto no posicionamento por ponto, quanto no relativo, o objeto a ser posicionado pode estar em repouso ou em movimento, dando origem as denominações de posicionamento estático e cinemático.

1.1 POSICIONAMENTO POR PONTO (MÉTODO ABSOLUTO)

No posicionamento por ponto necessita-se apenas de um receptor. Este método de posicionamento é o mais utilizado em navegação de reduzida precisão. O posicionamento instantâneo de um ponto (tempo real), usando a pseudo-distância derivada do código C/A (SPS), apresenta precisão planimétrica da ordem de 100 m (95%). Mesmo se a coleta de dados sobre um ponto estacionário for de longa duração, a qualidade dos resultados não melhora significantemente, em razão dos erros sistemáticos envolvidos na observável. Este tipo de posicionamento pode ser subdivido em dois: posicionamento por ponto e posicionamento por ponto preciso (PPP).

Na literatura atual constata-se que o método de Posicionamento Absoluto é o método mais simples aplicado por diversos usuários do GPS. Diversos questionamentos ainda surgem por parte destes usuários quanto a real precisão que se pode obter com este método de posicionamento e em que aplicações ele é possível de ser empregado. Consultando-se a literatura vigente encontram-se diferentes respostas para a questão da precisão.

Segundo Divis (2000) a precisão horizontal alcançada com este método de posicionamento era de 100m e a precisão vertical era de 156m, com nível de probabilidade de 95%, com a técnica de segurança denominada de Disponibilidade Seletiva - SA (Selective Availability) ativada. Já com esta técnica de segurança (SA) desativada obtém-se 13m e 25 m, com nível de probabilidade de 95%, na precisão horizontal e vertical, respectivamente (Seeber, 2003 e Divis, 2000). Segundo Air Force Space Command (AFCS) (2009) a melhor precisão tridimensional, com 95% de probabilidade, pode ser de 6,5m.

1.1.1 Posicionamento por ponto a partir do código C/A

Este tipo de posicionamento proporciona precisão inferior àquelas fornecidas por outras técnicas, pois apenas os erros do relógio do satélite e do receptor são modelados na solução. Nenhuma estrutura adicional é necessária para sua realização, bastando o usuário dispor de apenas um receptor.

Desenvolvido para ser executado em tempo real, o posicionamento por ponto é extensivamente utilizado para navegação e levantamentos que requerem precisão métrica.

As coordenadas e o erro do relógio dos satélites são determinadas através das efemérides ransmitidas, enquanto que o erro do relógio e as coordenadas do receptor são calculados em um ajustamento onde as observações são pseudodistâncias derivadas do código C/A de pelo menos quatro satélites. A Figura 1.1 ilustra a configuração mínima de satélites para que seja possível obter coordenadas tridimensionais a partir desta técnica.

Fig 1.1 Posicionamento por ponto

Um fator que exerce influência importante na qualidade do posicionamento é a geometria dos satélites, sendo comum a sua representação através do DOP (Dilution Of Precison – diluição da precisão).

Existem diversos tipos de DOP, porém o mais significativo para o posicionamento por ponto é o PDOP.

O PDOP é o DOP para o posicionamento tridimensional. Vale ressaltar que, quanto menor o seu valor, melhor a precisão esperada. Em termos práticos, o PDOP está relacionado com o inverso do volume do sólido formado entre as antenas do receptor e dos satélites sendo rastreados, onde volumes maiores proporcionam PDOP menores. A Figura 1.2 ilustra duas situações de PDOP.

Fig 1.2: PDOP

1.1.2 Posicionamento por ponto preciso

Esta técnica de posicionamento requer a utilização da pseudodistância e fase das ondas portadoras L1 e L2. Isto possibilita a redução dos efeitos de primeira ordem da ionosfera. Além disso, os efeitos da troposfera devem ser modelados. Os erros de órbita e relógio dos satélites, bem como parâmetros de rotação da Terra, normalmente são adquiridos de fonte externa como, por exemplo, do IGS (International GNSS Service).

Fica evidente que os receptores de navegação não estão preparados para executar este tipo de posicionamento, pois é necessário copiar os arquivos de dados do receptor para posterior processamento em software apropriado. Além disso, devido ao alto grau de precisão proporcionado por esta técnica de posicionamento, deve-se empregar antenas geodésicas.

Experimentos conduzidos com dados da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) mostraram que este tipo de posicionamento pode proporcionar precisão melhor que 2 cm (MONICO, 2000b).

1.3 Sistema PPP IBGE

O IBGE-PPP (Posicionamento por Ponto Preciso ou Posicionamento Absoluto Preciso) é um serviço on-line para o pós-processamento de dados GPS (Global Positioning System). Ele permite aos usuários de GPS, obterem coordenadas de boa precisão no Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS2000) e no International Terrestrial Reference Frame (ITRF). O IBGE-PPP processa dados GPS que foram coletados no modo estático ou cinemático de receptores de uma ou duas frequências. Só serão aceitos dados GPS que foram rastreados após 25 de fevereiro de 2005, pois foi quando o SIRGAS2000 foi adotado oficialmente no Brasil.

4.2 POSICIONAMENTO RELATIVO

Para realizar posicionamento relativo é normal dizer que o usuário deve dispor de dois ou mais receptores. No entanto, com o advento dos chamados Sistemas de Controle Ativos (SCA), um usuário com apenas um receptor poderá efetuar posicionamento relativo referido ao sistema de referência do SCA. Deverá, para tal, acessar os dados de uma ou mais estações pertencentes ao SCA, via algum sistema de comunicação.

O posicionamento relativo é suscetível de ser realizado usando uma das seguintes observáveis:

- pseudo-distâncias;

- pseudo-distâncias suavizadas pela portadora e;

- fase da onda da portadora em conjunto com as pseudo-distâncias.

Em navegação, normalmente, faz-se uso das pseudo-distâncias ou pseudodistâncias suavizadas pela portadora, mas as pseudo-distâncias são mais freqüentemente usadas. A técnica mais popular em navegação é conhecida como DGPS (Diferential GPS), a qual pode proporcionar precisão da ordem de 2 a 5m, quando se faz uso das pseudodistâncias. O DGPS têm a capacidade de proporcionar posicionamento em tempo real, muito embora possa também ser pós-processado. O posicionamento cinemático relativo, sob a denominação de OTF (On-The-Fly) ou RTK (Real Time Kinemamtic), têm a portadora como observável fundamental, apresentando alta precisão. Ele será apresentado dentro do conceito de métodos de posicionamento relativo em tempo real, juntamente com a técnica

DGPS.

Nos métodos estáticos, que utilizam como observável básica a portadora, pode- se alcançar precisão centimétrica, ou mesmo milimétrica. Embora se trate de um método estático, pode-se aplicar a técnica OTF no processamento, reduzindo sobremaneira o tempo de ocupação das estações a levantar. Pode-se também utilizar como observável a pseudodistância pura ou suavizada pela portadora, casos em que reduz a acuracidade para a ordem do decímetro.

Encontra-se ainda na literatura GPS os métodos denominados estático rápido, stop & go (pare e continue), semi ou pseudo-cinemático, além de cinemático puro, entre outros.

Estes métodos são fundamentalmente usados para fins de levantamentos, onde se objetiva rapidez, e não há interesse nas coordenadas da trajetória. Eles serão apresentados dentro do conceito de métodos rápido.

Um resumo dos tópicos a serem abordados dentro do posicionamento relativo aponta para os seguintes métodos (ou denominações):

- posicionamento relativo estático;

- posicionamento relativo em tempo real (cinemático).

- Posicionamento relativo rápido estático.

Referencias: KRUEGER, C.P. Posicionamento por Satélites.

Apostila do curso de especialização em geotecnologias,

Universidade Federal do Paraná, 2006.

http://www.ufpe.br/cgtg/SIMGEOIII/IIISIMGEO_CD/artigos/Todos_Artigos/A_11.pdf

Figura 1 – Princípio do Posicionamento Absoluto

Fonte: Krueger (2006)