Utilização dos Sistemas Globais de Navegação por Satélite no Pantanal

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1 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Utilização dos Sistemas Globais de Navegação por Satélite no Pantanal José Renato Silva de Oliveira 1 Leandro Bonfietti Marini 1 Paulo Henrique da Costa 1 Camila Leonardo Mioto 1 José Marcato Junior 1 Heitor Martins Junior 2 Antonio Conceição Paranhos Filho 1 1 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul - UFMS Cidade Universitária Universitário, Caixa Postal Campo Grande, MS, Brasil {leandrobonfietti, j.reenatoo, paulohdacosta, jrmarcato, toniparanhos, ea.mioto}@gmail.com 2 Zamir Geotecnlogias Rua 13 de maio, andar- Sala Campo Grande, MS, Brasil {heitormsj}@terra.com.br Resumo. Atualmente o GNSS (Global Navigation Satellite System - Sistemas Globais de Navegação por Satélite) conta com duas constelações consideradas as principais: o sistema desenvolvido pelos Estados Unidos da América, GPS (Global Positioning System) e o sistema Russo denominado GLONAS (Globalnaya Navigatsionnay Sputnikovaya Sistema). No mercado de geotecnologias existem vários receptores que são capazes de codificar os sinais das constelações e fornecer a localização ao usuário. O que diferencia tais receptores é a aplicação a qual será destinado. Existe ainda uma classificação que leva em conta o tipo código que o receptor é capaz de ler, por exemplo: C/A, P ou portadora L1, L2. O Pantanal apresenta um gradiente topográfico suave, com altitudes variando 0,3 a 0,5 m/km na EW e 0,03 a 0,15 m/km na direção NS. O presente trabalho tem como objetivo apresentar as diferenças no pós-processamento de dados dos Sistemas Globais de Navegação por Satélite coletados no Pantanal. Devido sua vasta extensão algumas dificuldades foram observadas e serão discutidas ao longo do trabalho. Palavras-chave: Pantanal, Geotecnologias, GNSS. 936

2 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Abstract. Currently the GNSS (Global Navigation Satellite System) has two major constellations considered: the system developed by the United States of America, GPS (Global Positioning System) and the Russian system called GLONAS (Globalnaya Navigatsionnay Sputnikovaya System ). At market of geotechnology there are many receptors that are capable of encoding the signals of the constellation and providing the location to the user. What differentiates these receptors is the application which will be used. There is also a classification that takes into account the type code that the receiver is able to read, for example: C / A, P or carrier L1, L2. The Pantanal has a gentle topographic gradient, with altitudes ranging 0.3 to 0.5 m / km in the EW and ,15 m / km in the NS direction. This paper aims to present the differences in the post-processing data from Global Navigation Satellite collected in the Pantanal. Because of its vast expanse some difficulties were observed and will be discussed throughout the work. Key-words: Pantanal, Geotecnologias, GNSS. 1. Introdução A bacia sedimentar do Pantanal abrange uma área de aproximadamente km². Apesar de ser uma área extensa, suas sub-regiões são muito distintas. Diversos pesquisadores têm criado ao longo do tempo suas próprias delimitações. Mioto et al. (2012) propôs uma delimitação que divide o Pantanal em 18 diferentes sub-regiões sendo elas: Cáceres, Tuiuiu, Cabeceira do Pantanal, Poconé, Canoeiro, alto Barão do Melgaço, Baixo Barão do Melgaço, Paiaguás, Taquari, Nhecolândia, Negro, Entorno Pantaneiro, Taboco, Miranda-Abrobal, Aquidauana, Apa-Amonguijá-Aquidabâ, Nabileque e Paraguai. Para tanto, foram usadas imagens do satélite Terra/Aqua sensor MODIS/WFI. A vantagem na utilização de tais imagens consiste no fato de que elas possuem uma resolução espacial de 250m e com duas cenas é possível cobrir toda a planície pantaneira. Uma das características que marcam o pantanal é sua vegetação apresentando fitofisionomias como: Floresta Estacional Decidual (mata seca), Floresta Estacional Semidecidual (mata e mata aluvial), Savana Florestada (cerradão), Savana Arborizada (cerrado), Savana Estépica Florestada (mata chaquenha) e Savana Estépica Arborizada (chaco) conforme descrito por Abdon et al. (1998). Os Sistemas Globais de Navegação por satélite (GNSS) apresentam-se como uma das formas de obtenção de dados espaciais. Monico (2000) relata que a de terminação da posição é dada com base em medidas de distâncias e que essas distâncias são denominadas pseudodistâncias, em razão do não sincronismo entre o relógio do usuário e o dos satélites, o qual comparece como uma incógnita adicional no problema a ser resolvido, requerendo assim, no mínimo quatro satélites disponíveis para realização de medidas simultâneas pelos receptores. Para determinar um ponto na superfície terrestre, existem diversos métodos de posicionamento. Dentre os mais utilizados estão: Absoluto, Relativo e em Redes. O posicionamento absoluto consiste na determinação das coordenadas de pontos diretamente associados a um referencial geocêntrico, usando apenas um receptor. O método relativo é dado por meio da determinação das diferenças de coordenadas entre dois pontos. Isso implica na utilização de dois receptores. Por fim o método em redes consiste na determinação das coordenadas de um conjunto de pontos, com a utilização de mais de dois receptores. Neste trabalho pretende-se mostrar as diferenças no pós-processamento de dados dos Sistemas Globais de Navegação por Satélite levantados no Pantanal com intuito de verificar qual irá apresentar os melhores resultados. Para tanto o local escolhido foi a Base de Estudos do Pantanal da UFMS (Universidade Federal de Mato Grosso do Sul). A finalidade a qual foi aplicada tal levantamento foi para apoio de campo na correção de imagens de VANT (Veículo Aéreo não tripulado). Os resultados do presente trabalho focam o 937

3 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p pós-processamento de dados GNSS de pontos levantados no Pantanal utilizando o método de posicionamento relativo e absoluto. No posicionamento relativo utilizaram-se os dados das estações localizadas no estado de Mato Grosso do Sul da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo). 2. Objetivo Este trabalho objetiva apresentar as alternativas encontradas nos trabalhos que necessitam de dados GNSS no Pantanal. 3. Material e Métodos A área de estudo localiza-se na região do Passo do Lontra na Base de Estudos do Pantanal UFMS. Pertencente ao pantanal do Miranda-Abobral, é uma área que caracteriza-se pela presença do Paratudal que segundo SOARES et al. (2009) ocorre principalmente no sul do Pantanal até as proximidades do rio Nabileque, associado às zonas de maior influência das inundações por águas de ph alcalino, como as do Rio Miranda. O IBGE (Instituto brasileiro de geografia e estatística) estabelece as diretrizes para utilização dos Sistemas Globais de Navegação por Satélite GNSS por meio do documento: Recomendações para levantamentos relativos estáticos (2008). Dentre os itens abordados, um em específicos estabelece o tempo de rastreio necessário para se obter uma solução fixa. A (Tabela 1) apresenta o tempo necessário e consequentemente a precisão que se pode obter ao realizar um levantamento. Tabela 1. Demonstração da distância de linha de base e tempo de observação necessário para se obter uma solução fixa. Fonte: Adaptado de Recomendações para levantamentos relativos estáticos, IBGE (2008). Além disso, o IBGE coordena as estações da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo RBMC, que atualmente possui 101 estações ativas, pertencentes ao Sistema Geodésico Brasileiro. Outro serviço disponibilizado é de posicionamento por ponto preciso-ppp. Esse é um serviço online que consiste basicamente em oferecer pós-processamento de dados GNSS. No posicionamento com GPS, o termo Posicionamento por Ponto Preciso normalmente referese à obtenção da posição de uma estação utilizando as observáveis fases da onda portadora coletadas por receptores de duas frequências e em conjunto com os produtos do IGS (International GNSS Service), IBGE (2013). Mato Grosso do Sul conta atualmente com duas estações RBMC operantes (Figura 1). A primeira designada MSCG (Mato Grosso do Sul, Campo Grande) está localizada nas coordenadas de latitude -20º 26 e longitude -54º 32'. A segunda, MSDR (Mato Grosso do Sul, Dourados) localiza-se nas coordenadas de latitude -22º12 e longitude -54º56. A Base de Estudos do Pantanal UFMS fica a aproximadamente 270 km em linha reta de Campo Grande e 365 km de Dourados. Nota-se pela Figura 1 que há um grande vazio quando 938

4 Anais 5º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, MS, 22 a 26 de novembro 2014 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p analisamos a disposição das estações em relação à área da Bacia do Alto Paraguai. De acordo com a Tabela 1 apresentada anteriormente, para áreas que estejam além do buffer de 100 km há a necessidade de um tempo mínimo de observação de 4 horas. Figura 1. Localização das estações MSCG e MSDR em relação à área da Bacia do Alto Paraguai-BAP. O equipamento utilizado no levantamento dos pontos foi um HIPER SR, Topcon L1/L2, como mostra a (Figura 2). Entre as principais características do HIPER SR, Topcon destaca-se a de pode ser usado tanto no modo de posicionamento relativo estático como no modo RTK (Real Time Kinematic), bastando apenas ligar uma coletora de dados via Bluetooth. A precisão de posicionamento do HIPER SR é de 3 mm + 0,5 PPM na horizontal e 5mm + 0,5 PPM na vertical. 939

5 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Foram levantados dois pontos sendo o primeiro (B08NT) com um tempo de observação de 05h40min e o segundo (B09MA) com tempo de 03h55min. O processamento dos dados foi realizado no software GNSS Solutions v , gratuito por trinta dias para processamento de dados L1/L2. Figura 2. Equipamento utilizado em campo, um HIPER SR, Topcon L1, L2. Este modelo é capaz de identificar os sinais das constelações GLONASS e NAVSTAR-GPS. É possível usa-lo no modo RTK (Real Time Kinematic) bastando apenas ligar um coleto ao aparelho via Bluetooth. O processamento foi dividido em quatro etapas. Na primeira etapa foi utilizada como base a estação MSCG. Na segunda etapa a estação MSDR. No intuito de verificar se haveria alguma interferência, a terceira etapa foi realizada tendo como base as estações MSCG e MSDR simultaneamente. Por ultimo os dados foram processados no PPP do IBGE. Os resultados são apresentados a seguir. 4. Resultados e Discussão O resultado decorrido do processamento dos dados é apresentado logo a seguir (Figura 3). Dos pontos processados utilizando a estação MSCG como base o B08NT obteve-se os seguintes desvios-padrão:0,00 em E e 0,000 em N e 0,001 na altura elipsoidal (H). Já o ponto B09MA teve um desvio-padrão de 0,087 em E e 0,064 em N e e 0,071 na altura elipsoidal. Quando utilizada a estação MSDR como base, nenhum dos pontos obteve uma solução fixa. O ponto B08NT teve desvios-padrão de 0,066 em E, 0,048 em N e 0,062 na altura elipsoidal. O ponto B09MA apresentou desvios-padrão de 0,093 em E, 0,064 em N e 0,070 em H. No processamento utilizando as bases MSCG e MSDR simultaneamente os desvios-padrão no ponto B08NT foram de 0,077 em E, 0,057 em N e 0,038 em H. No ponto B09MA os desviospadrão foram de 0,093 E, 0,064 em N e 0,070 em H. Conforme descrito acima, notam-se algumas divergências em relação ao processamento dos pontos nas diferentes situações propostas. Um dos fatores condicionantes dos resultados do presente trabalho é a distância de linhas de base que em ambos os pontos é de mais de 200 km. O ponto B08NT quando processado em relação à MSCG, foi o único que apresentou uma solução fixa. Isso decorre, pois o mesmo foi rastreado por 05h40min, o que vai de acordo com a tabela do IBGE que estipula o mínimo de 04h00min para linhas de base superiores a 100 km. 940

6 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Figura 3. Relatórios de processamento. De modo geral os pontos tiveram uma variação pouca entre si, apresentando diferenças apenas decimais. O ponto B08NT quando processado em relação a MSCG foi o único que apresentou solução fixa e sua variação foi mínima comparada ao PPP. No entanto, conforme observado por Mônico (2008) para linhas de bases longas nem sempre é possível se obter soluções fixas. O pós-processamento das observáveis incluindo a estimativa das efemérides precisas e as correções para os relógios dos satélites possibilitam que a acurácia no posicionamento absoluto passe de metros ao nível de poucos centímetros. Esse método é conhecido como Posicionamento por Ponto Preciso (PPP) (Monico, 2008). Uma al- 941

7 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p ternativa para levantamentos realizados no pantanal seria o PPP do IBGE, disponível on-line. A Figura 3 também apresentou os resultados com o PPP. As (Tabela 2) apresenta as coordenadas estimadas E, N e H para ambos os pontos com a finalidade de comparar os resultados. Tabela 2. Coordenadas estimadas dos pontos processados BO8NT E (m) N(m) H(m) Posicionamento Estações base , , ,725 Relativo MSCG , , ,632 Relativo MSDR , , ,583 Relativo MSCG/ MSDR , , ,620 PPP - BO9MA E (m) N(m) H(m) Posicionamento Estações base , ,928 99,802 Relativo MSCG , ,893 99,699 Relativo MSDR , ,893 99,699 Relativo MSCG/ MSDR , ,097 99,770 PPP - Nota-se pelas tabelas anteriores que existem diferenças entre os resultados, sendo que em alguns casos essas discrepâncias são superiores a 10 cm. 5. Conclusões e Sugestões Em função da disposição atual das estações da RBMC torna-se necessário transportar uma base quando se objetiva realizar levantamentos topográficos de alta precisão no Pantanal. O PPP surge também como uma alternativa. Os resultados mostraram diferenças maiores que 10 cm entre os métodos de posicionamento relativo e PPP. Sugere-se em trabalhos futuros realizar análise comparativa entre os métodos de levantamento considerando um intervalo de coleta maior. 6. Referências Abdon, M., M.; Silva, J.S.V., Pott, V.J., Pott, A., Silva, M.P. Utilização de Dados Analógicos do Landsat-TM na Discriminação da Vegetação de Parte da Sub-região da Nhecolândia no Pantanal. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.33, número especial, p , Assine, M. L Sedimentação na bacia do pantanal mato-grossense, centro oeste do Brasil. Rio Claro, SP. Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista, Tese de Livre Docência, Rio Claro, 105p. IBGE- Instituto brasileiro de geografia e estatística. Serviço on-line de posicionamento por ponto preciso. Disponível em:< Kurten, Sidney. Evolução Geomorfológica e mudanças Ambientais no Megaleque do Nabileque, quaternário do Pantanal Mato-Grossense. Tese de Doutorado. Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Rio Clatro SP, Mioto, C. L. ; Paranhos Filho, A. C. ; Albrez, E. do A.. Contribuição à caracterização das sub-regiões do Pantana. Revista Entre-Lugar (UFGD. Impresso), v. 3, p ,

8 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p Monico, J.F.G. Posicionamento pelo GNSS Descrição, fundamentos e aplicações. 2.ed. São Paulo: Editora UNESP, Paranhos Filho, Antonio Conceição. Sensoriamento remoto ambiental aplicado: introdução às geotecnologias. material didático/ Antonio Conceição Paranhos Filho. - Campo Grande, MS: Ed. UFMS, p. QGIS Development Team, QGIS Geographic Information System. Open Source Geospatial Foundation Project. < Soares, J. J.; Oliveira, A. K. M. O paratudal do pantanal de Miranda, Corumbá-MS, Brasil. Revista Árvore, Viçosa, v. 33, n. 2, p , Spectra Precision, Surveying software s. GNSS Solutions v Disponível em:< spectraprecision.com/products/surveying-software/gnss-solutions/>. 943