Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa CURSO DE GPS. Módulo x. (Aula Prática) GPSURVEY. Processamento de Bases GPS.

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1 Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa CURSO DE GPS Módulo x (Aula Prática) GPSURVEY Processamento de Bases GPS (Carlos Antunes)

2 INTRODUÇÃO O GPSurvey é o mais recente programa de processamento de dados GPS da Trimble e corre nos seguintes ambientes: Windows versão 3.1 ou superior; Windows 95; Windows NT e Workstation Permite o processamento de dados observadas por GPS em modo estático (bases geodésicas) e em modo cinemático. O processamento de bases no GPSurvey é feito pelo módulo WAVE Baseline Processor e pode ser feito por base simples (base a base) ou por multibase. O pacote de programas do GPSurvey contém um módulo Quick Plan que permite proceder ao planeamento de uma sessão de observação antecipadamente, permitindo um melhor aproveitamento do sistema em benefício da precisão final dos resultados. Juntamente com o programa TRIMNET Plus for GPSurvey pode-se proceder ao ajustamento de redes observadas com bases GPS a partir directamente do GPSurvey. No entanto, como o TRIMNET Plus é um programa para DOS, este quando executado activa a janela de ambiente DOS no tamanho máximo. A utilização de receptores Trimble não nos limita à utilização exclusiva do programa GPSurvey, pois é possível com um módulo incluído DAT2RIN, fazer a conversão dos dados GPS recolhidos com receptores Trimble para o formato RINEX (ASCII), o qual pode ser posteriormente processado por qualquer outro programa. Do mesmo modo o GPSurvey permite a importação de dados em formato RINEX recolhidos por qualquer outro receptor. Todos estes programas, ou módulos, com excepção do Quick Plan, requerem a utilização de uma chave hardware de activação ( green activator security device ) com uma conexão de 25 pinos a uma porta paralela do computador. Esta chave deve ser activada para cada programa, e depois de activada funciona em qualquer computador com os programas instalados, ou seja, não depende do computador onde foi activada. 1- PROCESSADOR GPSURVEY 1.1- Planeamento de Sessões Por vezes torna-se necessário antever a configuração dos satélites do sistema GPS, por forma a permitir a observação de um número máximo de satélites bem distribuídos no espaço, o que, como é óbvio, permitirá melhores resultados. Fig. 1 Quick Plan planeamento de sessões. FCUL Curso GPS (1999) 1

3 O programa de planeamento de sessões Quick Plan pode ser acedido directamente da Pasta de grupo GPSurvey, não necessitando de chave de segurança, ou a partir do programa GPSurvey através da opção Plan do menu principal. Basta ter-se um ficheiro de efemérides actualizado, no qual consta toda a informação das órbitas dos satélites do sistema GPS, e definir-se o local de trabalho através de coordenadas geográficas aproximadas, bem como, o respectivo dia. É necessário também definir a mascara de elevação (valor mínimo de elevação a partir do qual, no nascimento, ou até à qual, no ocaso, os satélites são observados) de acordo com a ocultação junto do horizonte local provocada pelos elementos topográficos. É na edição de sessões, opção Session do menu, onde se define o local e a data, e para o carregamento do ficheiro de efeméride escolhe-se a opção Almanac do sub-menu Options. Fig. 3 Carregamento do ficheiro de efemérides. Com essa informação podemos então, visualizar graficamente o número de satélites visíveis e a sua disposição ao longo do dia, bem como, um conjunto de parâmetros (factores DOP, diluição da precisão) que nos permitem definir qual a melhor hora do dia para observar naquele local por forma a obter melhor precisão nos resultados finais. Fig.4 - a) Lista de gráficos disponíveis; b) número de satélites e PDOP. Actualmente com a constelação de satélites completa e para uma mascara de elevação de 15º, no nosso território apenas num período curto do dia se apresenta com um número mínimo de 4 satélites, elevando-se normalmente nesse período para 5 satélites com 10º de mascara de elevação. Esta condição do número mínimo de satélites é importante, pois para trabalhos de FCUL Curso GPS (1999) 2

4 rotina de menor precisão, como no âmbito da Topografia, o planeamento é desnecessário. Já para os trabalhos de alta precisão o planeamento ganha grande importância. 1.2 Carregamento de Dados A execução do programa GPSurvey exige sempre a criação de um projecto que constitui o ambiente de trabalho, e para o qual o programa define uma estrutura de sub-directorias a um nível inferior do directório principal do programa, onde é armazenada toda a informação afecta ao projecto. Fig. 5- Programa GPSurvey e sub-menu Load. A partir da opção Load do menu principal temos acesso à lista de origens e formatos possíveis a partir das quais se efectuará o carregamento dos dados: directamente do receptor; de um controlador de RTK (modo Real Time Kinematic); de ficheiros DAT da Trimble no computador; de soluções de bases já processadas em formato SSF; soluções de RTK; e de ficheiros em formato RINEX provenientes de receptores de outras marcas. Fig. 6 Janela de diálgo para carregamento de dados Durante e carregamento dos dados o programa vai apresentando sucessivas janelas de diálogo onde aparece informação diversa sobre os dados, como seja, as coordenadas aproximadas, o período de observação, o tipo de receptor e de antena, a altura da antena e respectivo método de medição. Nota: É extremamente importante a introdução correcta da altura da antena nesta fase, pois esta é exactamente uma das fontes de erro mais frequente no processamento de dados GPS. FCUL Curso GPS (1999) 3

5 1.3 Processamento de Bases A partir da opção Process do menu principal do programa GPSurvey acedemos ao módulo WAVE de processamento de bases. De imediato este abre uma janela de diálogo onde figurarão a lista de ficheiros a processar e que devem ser seleccionados para o carregamento. Caso se necessite de processar uma base com um ficheiro de um ponto já processado, como os ficheiros das estações base que servem de apoio a vários pontos, deve-se clicar no botão Include processed files. Fig. 7 Carregamento de dados para o processamento das bases. Na opção Process do programa WAVE temos acesso ao processamento directo das bases GPS e, também, temos acesso à opção Setup onde se definem vários parâmetros que por sua vez definem o método de processamento dos dados. É no botão Advanced controls que temos acesso aos parâmetros específicos de GPS, e o botão Satellites permite-nos ver quais os satélites utilizados e rejeitar satélites se tal for pretendido. Fig.8 Definição dos parâmetros de processamento. FCUL Curso GPS (1999) 4

6 Finalmente, e após se definirem os parâmetros, pode-se proceder ao processamento das bases GPS. Caso o processamento não seja muito específico e não seja exigida grande cuidado com a precisão dos resultados é sempre aconselhável fazer o processamento com os parâmetros por defeito. Ao sair deste módulo WAVE deve-se guardar as bases processadas na base de dados do GPSurvey, as quais podem depois ser utilizadas para um ajustamento de rede ou servirem para o transporte de coordenadas das estações fixas para as estações móveis através do TRIMNET Plus. Ou ainda, serem visualizadas através do Network Map. Pode-se também exportar as soluções para um ficheiro TXT a partir do sub-menu File do programa WAVE. É possível executar um relatório através da opção Project report do sub-menu Utilities. O relatório conterá toda a informação indicada nas opções activadas e pode ser visualizada no numa janela executando-se a opção Preview, ou transferida para um ficheiro ASCII executando a opção Text File. Fig. 9 Janela diálogo das opções de execução de relatório do processamento das bases GPS. 1.4 Processador TRIMNET Plus O ajustamento de redes é uma ferramenta importante no ajuizar da integridade da rede e de todas as observações. O facto de as bases terem sido processadas pelo GPSurvey não implica que elas se ajustem automaticamente na rede. Não é suficiente que uma base seja estatisticamente precisa, é preciso ajustá-la à rede de bases observadas sempre que haja redundância de observações. Como o sistema de referência associado ao GPS é o sistema elipsoidal WGS84, normalmente em aplicações geodésicas e topográficas locais é necessário transformar as coordenadas GPS para outro tipo de coordenadas de um sistema local. O TRIMNET permite essa transformação, desde o sistema pretendido esteja definido na lista de sistemas disponíveis, caso contrário é necessário defini-lo. Assim, a partir do TRIMNET Plus podemos não só processar as bases GPS na forma de rede, como fazer um simples transporte de coordenadas nos vários sistemas de referência geodésico e cartográfico, neste caso quando não existe redundância de observações. FCUL Curso GPS (1999) 5

7 Fig. 10 Menu do TRIMNET Plus O TRIMNET Plus permite o ajustamento de redes geodésica e topográficas a partir das observações GPS processadas pelo GPSurvey que podem ser combinadas com observações terrestres clássicas e observações de geóide. O estratégia de tratamento por ajustamento do TRIMNET sobre um dado sistema de referência que não o WGS84, passa pela transformação das componentes (DX,DY,DZ) do vector espacial, ou base processada pelo GPSurvey em coordenadas tridimensionais do sistema WGS84, nas componentes (AZ, Dist, DH) respectivas. Admitindo que os sistemas de referência geodésicos são paralelos, o vector é invariante em relação a esses sistemas a menos de uma translação, é esta a assunção feita pelo programa. Fig. 11 Modulo de ajustamento de redes. FCUL Curso GPS (1999) 6

8 Assim, e feita a transformação do vector, o TRIMNET Plus procede a um ajustamento regular por mínimos quadrados quando existir redundância, ou quando ela não existir, a um simples transporte de coordenadas no sistema de referência escolhido, sem que se tenha procedido a uma transformação de coordenadas propriamente dita. Isto é, a transformação entre Data geodésicos faz-se às observações e não às coordenadas, lembrando que, pelo pressuposto do paralelismo entres sistemas, a transformação é nula entre sistemas de coordenadas geográficas (ex.: WGS84 DLX). Todos os módulos do TRIMNET Plus correm, como foi referido no início, em ambiente DOS. Para iniciar o processo de ajustamento é necessário primeiro importar os vectores (observações) processados pelo GPSurvey através do GPS Network Module, a primeira opção do menu principal do TRIMNET Plus. Depois, a partir desse módulo ou a partir da terceira opção do menu principal, entramos no Network Adjustment Module. Ao lado do menu principal figura a configuração da rede, onde se pode ver o sistema de coordenadas activo, o número e o tipo de observações importadas. A primeira operação a fazer, já que o WGS84 é por defeito o sistema de coordenadas activo, será definir o sistema de coordenadas pretendido. Primeiramente define-se o Datum depois o sistema de coordenadas. Fig. 12 Sub-menus de definição do Datum e do sistema de coordenadas. Depois de definido o sistema de coordenadas, procede-se então, ao ajustamento. No menu de ajustamento introduzimos e fixamos as coordenadas dos pontos de apoio ou estações base, e de seguida efectuamos um primeiro ajustamento. A terceira opção, Observations Disable/Enable permite rejeitar observações de má qualidade após o primeiro ajustamento, com o objectivo de melhorar a precisão dos resultados. Fig Menu de ajustamento FCUL Curso GPS (1999) 7

9 A primeira opção do menu principal do TRIMBET Plus, Displays, possibilita a visualização de todos os dados, observações e valores ajustados. No menu de ajustamento temos a possibilidade de definir estratégias de pesos e variâncias, caso o ajustamento não passe no teste estatístico, e tornar o respectivo seu resultado positivo. NOTA: Todos os resultados são armazenados em ficheiros com extensão LOG na sub-directoria \Netadj do directório do projecto. FCUL Curso GPS (1999) 8