INFLUÊNCIA DO SISTEMA WADGPS NA DETERMINAÇÃO DO POSICIONAMENTO NA REGIÃO DE POMPEIA - SP

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1 INFLUÊNCIA DO SISTEMA WADGPS NA DETERMINAÇÃO DO POSICIONAMENTO NA REGIÃO DE POMPEIA - SP Marisa S. A. R. Faulin 1, Ezequiel B. Faleco 2, Cláudia S. Souza 2, 1 Eng. Agrônoma, Doutora, Professora assistente, Fatec Shunji Nishimura, Fone: (14) , marisa.faulin01@fatec.sp.gov.br 2 Discente, Fatec Shunji Nishimura - SP Resumo São inúmeras as discussões sobre a captação do sinal GNSS com correção diferencial dos sistemas WAAS e EGNOS no Brasil. Diante deste tema, o objetivo do trabalho foi demonstrar a acurácia das coordenadas coletadas por dois receptores GPS modelo Garmin Etrex Vista posicionados em um marco geodésico, utilizando ou não o modo de correção diferencial WAAS/EGNOS em diferentes períodos, observando a possível interferência da correção diferencial nos dados coletados através do Índice de Acurácia e Erro Circular Provável. Os resultados obtidos demonstraram que o receptor GPS com correções diferenciais WAAS e EGNOS ativadas obteve posicionamento mais preciso e acurado do que o receptor com correções desativadas. Palavras-chave: Posicionamento estático; GPS; Agricultura de Precisão. INFLUENCE OF WADGPS SYSTEM ON THE POSITIONING DETERMINATION IN THE REGION OF POMPEIA SP Abstract There are numerous discussions of the GNSS signal with correction differential systems in Brazil. Faced with this theme, the aim of this study was to demonstrate the accuracy of coordinates collected by two GPS receivers Garmin Etrex Vista model positioned in a geodesic, using or not the method of differential correction WAAS/EGNOS in different periods, observing the possible differential correction influence in the data collected through the Accuracy Index and Circular Error Probable. The results showed that the WAAS and EGNOS differential corrections activated obtained positioning more precise and accurate than the receiver with corrections disabled.

2 Keywords: Static positioning, GPS, Precision Agriculture. INTRODUÇÃO A ideia de correção diferencial começou em 1989 com o conceito de WADGPS (Wide Area Differential Global Positioning System). Baseados nesse conceito, vários sistemas foram implementados ao redor do globo. A FAA (Federal Aviation Administration) desenvolveu um sistema chamado WAAS (Wide Area Augmentation System) para a aviação civil, que auxilia as aeronaves nas aproximações (LEICK, citado por BIFFI et al., 2006). O sistema utiliza um satélite geoestacionário sobre a linha do Equador, que recebe correções do sinal do Sistema de Posicionamento Global (GPS - Global Positioning System) enviados pelas estações de monitoramento em Terra. Estas estações estão distribuídas no território dos Estados Unidos, possuem coordenadas conhecidas e registram a diferença das coordenadas fornecidas pelo rastreio GPS. Essa diferença é enviada ao satélite geoestacionário e retransmitida ao receptor do usuário que corrige seu posicionamento aumentando a acurácia. O sinal WAAS é transmitido na mesma frequência do sinal GPS na banda L1 (1.575,42 MHz). O setor industrial agrícola, com o uso dessa tecnologia, passou a desenvolver máquinas e implementos específicos para atender um mercado mais exigente e necessitado de controles mais precisos para as práticas agrícolas. A inclusão do GPS e do Sistema de Posicionamento Diferencial (DGPS) às máquinas e sensores, possibilitou a elaboração de mapas de produtividade em tempo real, assim como mapas de alguns atributos do solo e planta. Viabilizou também a utilização de implementos de aplicação a taxas variadas de fertilizantes e pulverizações em quantidades mais racionais, de acordo com a demanda específica de cada parcela da área. O principal alvo das indústrias no Brasil é o sistema produtivo de grãos, tanto em tratores e colhedoras com diversos sensores, como em implementos para semear, adubar e pulverizar. Para o setor de culturas perenes, em especial as culturas lenhosas, praticamente não se encontra equipamentos adaptados para AP no Brasil. A análise comparativa de diferentes receptores GPS, utilizando ou não o sistema de correção WAAS/EGNOS, já vem sendo estudada em alguns centros de pesquisas desde a liberação do sinal ao usuário civil. A falta de dados na região de Pompeia SP motivou a pesquisa, visando demonstrar tal comportamento e seus impactos na determinação do posicionamento. 1 LEICK, A. GPS satellite surveying. 3 ed. New Jersey: Wiley, p.

3 A escolha da análise comparativa entre receptores GPS foi devida este ser um dos sistemas mais utilizados do GNSS (Global Navigation Satellite System). Além disso, os sinais GPS são disponíveis na maioria dos receptores encontrados, principalmente dentro do Brasil. O desafio que motivou a pesquisa foi encontrar metodologias apropriadas para testar a acurácia desses receptores em posicionamento estático, utilizando ou não o sistema de correção diferencial e suas respectivas precisões. Considerando e analisando entre eles, o sinal que apresentou o melhor resultado, assim como demonstrar ao usuário o desempenho dos receptores, e a vantagem ou não de se utilizar a correção diferencial na obtenção do posicionamento. Já que a utilização dessa tecnologia esta cada vez mais presente no meio agrícola. Segundo BIFFI et al. (2006), o erro por disponibilidade seletiva (S/A - Selective Avaiability) era a principal fonte de erro do posicionamento que, somados a outros erros de sinal, davam aos receptores acurácia em torno de aproximadamente 60 a 100 metros. Apesar do Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DoD - Departament of Defense) ter eliminado a S/A em maio de 2000, os receptores possuem atualmente acurácias entre 5 e 9 metros no modo C/A. Esse nível de precisão possibilitou um aumento no uso do sistema em diversas áreas, principalmente na Agricultura de Precisão (AP), onde pode ser utilizado no georreferenciamento de grades amostrais. Porém, para algumas práticas de manejo tal precisão não é a ideal. Para se resolver esse problema, passou-se a utilizar um método que melhorava a acurácia dos aparelhos, denominado de WADGPS (Wide Area Differencial GPS). O objetivo do trabalho foi demonstrar a acurácia das coordenadas coletadas por dois receptores GPS modelo Garmin Etrex Vista posicionados em um marco geodésico, utilizando ou não o modo de correção diferencial WAAS/EGNOS em diferentes períodos, observando a possível interferência da correção diferencial nos dados coletados através do Índice de Acurácia e Erro Circular Provável, na região de Pompeia-SP. MATERIAL E MÉTODOS Para o desenvolvimento do trabalho, foram realizadas coletas de dados durante cinco horas e 30 minutos por dia, durante sete dias consecutivos, totalizando trinta e oito horas e trinta minutos de coleta visando obter dados referentes de toda a semana GPS. As coletas foram realizadas do dia 09 a 15 de fevereiro de 2012, das 11 às 17 horas. A coleta a partir do segundo dia foi ajustada para quatro minutos antes da hora iniciada no dia anterior, visando eliminar o erro da orbita dos satélites. Para isso, foram utilizados dois receptores GPS Garmin Etrex Vista os quais realizaram a coleta de dados simultaneamente, sendo

4 um com o sistema de correção diferencial WAAS/EGNOS ativado e o outro com este sistema desativado. Os dois receptores foram posicionados sobre o marco geodésico de coordenadas UTM, Datum WGS 1984 E(x) ,801 m; N(y) ,183 m, localizado na zona 22. Também foi utilizada uma régua para ajustar a distância dos dois receptores, um a 5 cm (Sul) e outro a 5 cm (Norte) do marco geodésico localizado na Fazenda Experimental da Fundação Shunji Nishimura de Tecnologia (Figura 1). Mantendo-se sempre a mesma posição para cada receptor, bem como o modo de coleta durante todos os dias de duração do ensaio. FIGURA 1. Posição dos receptores GPS sobre o marco geodésico. (A) receptor com correção diferencial desativada durante todo o tempo de coleta, (B) receptor com correção diferencial ativada durante todo o tempo de coleta. Para demonstração dos resultados obtidos com os ensaios, a distância dos dois receptores laterais em relação ao marco geodésico foi corrigida por meio de cálculos, onde os valores das coordenadas foram retificados, de maneira que virtualmente fique representado como se os dois receptores estivessem sobre o marco geodésico ao mesmo tempo. Após as coletas, os dados foram descarregados no computador utilizando o software Trackmaker versão gratuita , que visualiza os dados em forma de ponto ou trajeto. Posteriormente, os dados foram salvos em formato (.txt), e foram abertos no bloco de notas. Com

5 este formato, tornou-se possível abrir o arquivo no Microsoft Excel, programa onde pode ser calculado o Desvio Padrão, o Índice de Acurácia e o Erro Circular Provável (CEP). Os cálculos de Índice de Acurácia (IA) e Erro Circular Provável (CEP) a 50% seguiram metodologia citada por Capelli et al. (2004). Índice de Acurácia: relaciona o quão bem às coordenadas medidas de um ponto se comparam ao seu valor real, calculado através da equação 1. IA = ( X r X )² + (Yr Y )² (EQUAÇÃO 1) em que, IA Índice de Acurácia; X Valor Este da coordenada de referência, m; Y - valor Norte da coordenada de referência, m. Índices de Precisão: são medidas da dispersão dos erros em uma distribuição e representam o erro que é improvável de ser excedido em um determinado nível de probabilidade. Os erros de precisão calculados foram: Erro Circular Padrão (σc) c 0,5( x + y ) (EQUAÇÃO 2) em que, σc Erro Circular Padrão; σx- desvio padrão do valor da coordenada Este, m; σy- desvio padrão do valor da coordenada Norte, m. Erro Circular Provável (CEP) CEP = 1,177. c (EQUAÇÃO 3) em que, CEP Erro Circular Provável. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados dos diferentes modos de coleta realizados durante o experimento mostram que a ativação do sistema WADGPS levou uma pequena melhora no posicionamento (Tabela 01).

6 TABELA 01. Indicadores de desempenho dos receptores avaliados, receptor desativado (A) e receptor ativado (B) Indicadores de desempenho WASS/EGNOS Ativado WASS/EGNOS Desativado Desvio Padrão x (m) 1,31 1,42 Desvio Padrão y (m) 1,44 1,59 CEP (m) 1,38 1,50 Índice de Acurácia (m) 1,34 2,40 Coordenada Média (m) E (x) ,460 E (x) ,755 (X,Y) N (y) ,179 N (y) ,438 Os resultados obtidos mostram que as variações durante a coleta com a correção diferencial WAAS/EGNOS ativada, proporcionou uma maior precisão, com o índice de acurácia de 1,34m na determinação do posicionamento, pois diminuiu a variação das coordenadas em relação ao marco geodésico, o que pode ser observado nos gráficos que representam a dispersão dos pontos coletados (Figuras 02 e 03). FIGURA 02. Dispersão dos pontos coletados com o sistema de correção diferencial desativada durante todo o tempo de coleta (38,5 horas) N (m) Marco geodésico E (m)

7 FIGURA 03. Dispersão dos pontos coletados com o sistema de correção diferencial ativada durante todo o tempo de coleta (38,5 horas) N (m) Marco geodésico E (m) Pode-se observar que a nuvem de pontos (azul), que representa a dispersão dos pontos coletados com o sistema de correção ativado se mostra mais concentrada ao redor da coordenada do marco geodésico (vermelho) (Figura 03). Isso mostra que apesar dos pontos coletados estarem fora do marco geodésico, os mesmos apresentam-se distribuídos ao seu redor de maneira mais homogênea se comparados aos pontos coletados com o sistema desativado (Figura 02), onde os pontos estão dispostos de maneira mais deslocada em relação ao marco geodésico. Segundo Machado et al. (2007), avaliações estáticas de receptores GPS realizadas na região de Piracicaba, SP, mostram que a acurácia com a sintonização do sistema EGNOS foi inferior àquela sem correção diferencial e que os sinais diferenciais EGNOS e WAAS se mostraram pouco confiáveis e não recomendáveis para a região, devido à dificuldade de sintonia e recepção. De acordo com Sullivan et al. (2001), em avaliação de vários receptores de GPS usados em agricultura, alguns sintonizados com sinal WAAS, em um ensaio de longa duração, resultaram em valores RMS inferiores a 1,00 m. O trabalho foi conduzido nos Estados Unidos, em que o sistema WAAS efetivamente está disponível sendo que, embora seja sintonizado no Brasil, não atende a nossa região por não dispor de estações terrestres locais. Segundo os resultados do ensaio estático realizado por Frasson et al. ( ), o GPS modelo Garmin e-trex com recebimento de sinal WAAS foi o que apresentou melhores resultados quanto à acurácia determinada, seguido pelo receptor O mnistar e, por último, o receptor Garmin III Plus. Com relação à precisão, o receptor O mnistar apresentou os melhores resultados, seguido pelo receptor modelo Garmin e-trex com recebimento de sinal WAAS. Resultado semelhante foi obtido por Machado et al. (2 0 08), onde todos os

8 receptores sintonizados com as correções diferenciais WAAS e EGNO S, apresentaram aumento nos valores de EP e RMS, que são indicativos de acurácia, em relação à configuração padrão dos mesmos receptores. Esses sistemas de correções diferenciais foram desenvolvidos para serem utilizados de maneira gratuita nos EUA (WAAS) e Europa (EGNOS) e não possuem garantias de melhor precisão e acurácia no Brasil. Pois os sistemas levam em consideração que cada área de abrangência tanto nos EUA e quanto na Europa possuem uma correção, ou seja, um vetor de correção, o qual, em teoria, não é representativo para regiões situadas no Brasil. É importante lembrar que os resultados obtidos são válidos para a região onde o ensaio foi realizado (Pompeia-SP) e de acordo com outros trabalhos citados, tal correção pode não trazer melhora no posicionamento. Além disso, a melhora no posicionamento foi pequena e pode ter ocorrido em função do pouco tempo de coleta. CONCLUSÕES O sistema de correção diferencial WADGPS (WAAS/EGNOS) na cidade de Pompeia - SP, pôde ser captado pelos receptores GPS, e sua utilização neste experimento proporcionou uma maior acurácia (1,34) na determinação do posicionamento. Porém, a melhora obtida com a ativação do sistema não significa uma recomendação de uso para a região estudada. REFERÊNCIAS BIFFI, L. J. Mapeamento e análise espacial de variáveis de Produção de maçã conduzida sobre pomar comercial na região de São Joaquim SC. Lages, SC: CAV/UDESC, CAPPELI, N.L.; UMEZU, C.K.; SILVEIRA, A.C. Desempenho comparativo dos aparelhos GPS ETREX, III Plus e AgGPS132 quanto a acurácia e precisão. Congresso Brasileiro de Agricultura de Precisão. Piracicaba, FRASSON, F.R.; SENATORE, G.M.; MOTOMIYA, A.V.A.; MOLIN, J.P. Avaliação do desempenho estático de receptores de GPS V. Congresso Brasileiro de Agroinformática, SBI- AGRO. Londrina, 2005.

9 MACHADO, T. M.; MOLIN, J. P. Ensaios estáticos e cinemáticos de receptores de GPS. Piracicaba-SP: Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, MACHADO, T. M. Avaliação de desempenho de receptores GPS em modo estático e cinemático. Piracicaba, SULLIVAN, M.; EHSANI, M. R.; WALKER, J. T.; LEVISON, P.; LANG, L. Accuracy and availability of WAAS for precision agriculture. St. Joseph: ASABE,