UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Engenharia Cartográfica e de Agrimensura. Capítulo 4. Realização de Sistemas Geodésicos de Referência Modernos

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Engenharia Cartográfica e de Agrimensura Disciplina: FUNDAMENTOS EM GEODÉSIA 1 Semestre 2013 Prof Sílvio R.C. de Freitas Estagiária de docência: Ruth da Maia Moreira Capítulo 4 Realização de Sistemas Geodésicos de Referência Modernos

2 SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA Lembrando... SGR é um sistema coordenado utilizado para referenciar características terrestres que na prática serve para obtenção de coordenadas (latitude e longitude e altitude, por exemplo) que possibilitam a localização de qualquer elemento na superfície do planeta. SGR Definição Parâmetros geodésicos fundamentais A, J2, GM, ω Realização Redes geodésicas de referência: Pontos com coordenadas conhecidas

3 Rede Geodésica de Referência Internacional ITRF Sistemas Geodésicos de Referência disponibilizados para o usuário através das redes geodésicas de referência. ITRF International Terrestrial Reference Frame (materialização) É a realização do ITRS IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) Terrestrial Reference System ITRS Definição Conjunto de parâmetros e convenções Técnicas VLBI SLR LLR GNSS DORIS ITRF yyyy Realização Acurácia poucos mm

4 Para fins práticos o WGS 84 é equivalente ao ITRF Acurácia média é de aprox. 3mm globalmente SIRGAS 2000,4 é baseado no ITRF 2000 Obs: SIRGAS é uma densificação do ITRF Os ITRFs já na década de 1980 eram melhores que 1: ou nesta ordem ITRF2008 aproxima-se de 1p.p.b. Está em desenvolvimento o ITRF2013 (segundo consta em Gerados para novas épocas de acordo com o avanço tecnológico, novas metodologias, etc.

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7 Estação UFPR

8 ITRF Na atualidade, um ITRF é sempre obtido dos anteriores por transformação de Helmert ou de Similaridade, a 14 parâmetros: 3 rotações 3 translações 1 escala + respectivas variações temporais

9 Hierarquia das Redes Geodésicas de Referência

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11 ICRF International Celestial Reference Frame

12 ICRF Baseado em cerca de 600 quasares (160 posições melhores que 0,0003-0,9cm e os demais 0,001-3cm) NOTA: quasar = quasi-stellar radio source / fonte de rádio quase estelar

13 VLBI

14 Exemplos Local: redes de referência cadastral Regional: Redes estaduais/regionais 13 no Brasil, em 18 estados (MT, SP, PR, SC, MG,...) Nacional: (SAD 69), SIRGAS 2000 época 2000,4 Continental: SIRGAS (Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas) Global: ITRF yyyy

15 Hierarquia permite manter uma única definição (ITRS) e a realização é uma densificação da rede superior TAREFAS COMUNS A TODAS AS REDES: - Definição de origem, orientação e escala; - Redes de referência subsequentes utilizam pontos de referência de hierarquia mais alta para definir a origem, orientação e escala; - Estações fundamentais são necessárias para as redes de referência.

16 O Sistema Geodésico Brasileiro Rede Planimétrica Horizontal Rede Altimétrica Rede Gravimétrica SGB

17 Para localização no Banco de Dados Geodésicos do IBGE ( Rede Altimétrica Referência de Nível RN Rede Planimétrica Estação de satélite GPS e Doppler Estação de poligonal EP Vértice de triangulação VT Rede Gravimétrica Estação Gravimétrica EG

18 Exemplo de localização de estações maps.php#tabela_dados

19 Desenvolvimento do SGB Desenvolvimento em duas fases: ANTES da era espacial - Década de 40 DEPOIS do advento do posicionamento por satélites: - Década de 70, observados satélites do sistema TRANSIT - Década de 80: NAVSTAR/GPS

20 Rede planimétrica - histórico 1939: primeiros levantamentos geodésicos para atualização da CIM de 1922; 1944: medida a primeira base geodésica, iniciando o estabelecimento sistemático do SGB; Década de 70: primeiros rastreios de satélites do sistema Navy Navigation Satellite System (NNSS) ou TRANSIT. Utilizado para estabelecer estações geodésicas na Amazônia; 1991: IBGE adquiriu os primeiros receptores GPS densificação dos marcos planimétricos do SGB.

21 Rede planimétrica - histórico 1996: operacionalização da RBMC Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do Sistema GPS - conceito de redes ativas através do rastreio contínuo de satélites GPS.

22 Rede clássica vértices de triangulação e estação poligonal

23 Técnicas espaciais de posicionamento satélite GPS e Doppler

24 Estações GPS Visualização no Google Earth

25 Rede altimétrica - histórico 1945 a Seção de Nivelamento iniciou os trabalhos de Nivelamento Geométrico de Alta Precisão, em Santa Catarina; 1946 conexão com a Estação Maregráfica de Torres (RS) cálculo das altitudes das RRNN já implantadas; 1958 Datum de Torres foi substituído pelo Datum de Imbituba, que contava com mais de nove anos de observações.

26 Rede altimétrica - histórico Rede Altimétrica de Alta Precisão (RAAP) do SGB (RAFB Rede Altimétrica Fundamental do Brasil) - Diversos ajustamentos manuais, conforme o desenvolvimento e as ferramentas disponíveis para cada época (1948, 52, 59, 62, 63, 66, 70 e 75) - Em 2005 ajustamento simultâneo, com inclusão de novas estações Cálculo do ajustamento - software canadense GHOST (Geodetic adjustment using Helmert blocking Of Space and Terrestrial data)

27 Rede altimétrica - histórico Foram disponibilizadas altitudes ajustadas de aprox RRNN, com seus desviospadrão. No Amapá não foi possível conectar as altitudes com o Datum de Imbituba - estabelecido o Datum Santana, com observações do NMM no Porto de Santana de 1957 a Em 2011 divulgado um novo ajustamento

28 Rede Altimétrica do SGB

29 RRNN visualização no Google Earth

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31 Rede gravimétrica - histórico 1956: durante estabelecimento do vértice Chuá, foram determinadas mais de 2000 estações gravimétricas 1990: adquiriu caráter sistemático mais de estações A partir de 2006: vem sendo executadas campanhas de levantamento gravimétrico sobre as linhas de nivelamento obtenção de altitude ortométrica.

32 Rede gravimétrica do SGB

33 CÓRREGO ALEGRE A Evolução do SGB Definição - Elipsóide Internacional de Hayford de Semi-eixo maior α = m - Achatamento f = 1/297 - Ponto origem: vértice Córrego Alegre-MG - Orientação arbitrária: ondulação geoidal (N) e componentes do desvio da vertical (ξ e η) iguais a zero

34 Córrego Alegre - Coordenadas determinadas astronomicamente e transformadas em geodésicas com as equações: Boa adaptação geóide-elipsóide na região de Minas Gerais e São Paulo Discrepâncias crescentes conforme se afastava do Datum.

35 Córrego Alegre Ainda existem produtos neste Datum:

36 South American Datum 1969 SAD69 Oficialmente adotado no final da década de 70 Definição - Elipsóide de Referência Internacional de Semi-eixo maior α = m - Achatamento f = 1/298,25 - Ponto origem: vértice Chuá-MG (TOPOCÊNTRICA) - Orientação e origem: buscou-se minimizar as diferenças em relação ao geóide no continente sul americano

37 SAD69 Coordenadas do vértice Chuá: ξ = 0,31 η = -3,52

38 SAD69 Cartas existentes em SAD-69 Reajustado em Coordenadas diferem de até 15 metros das originais em SAD-69 (distorções na rede) - Desde 1997 as coordenadas disponibilizadas aos usuários são as reajustadas.

39 O SIRGAS Projeto Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas SIRGAS (20 anos 1993 a 2013) Definição: idêntica ao ITRS Realização: densificação regional do ITRF 2000 Parâmetros definidores: - Sistema Geodésico de Referência: ITRS - Elipsóide do Sistema Geodésico de Referência de 1980 GRS80 - Semi-eixo maior α = m - Achatamento f = 1/298, Origem: centro de massa da Terra

40 O SIRGAS sistema vertical Está em desenvolvimento: Definição e realização de um sistema vertical de referência que deve: ser referenciado a um nível unificado de referência global (W 0 ); Ser materializado por altitudes físicas propriamente ditas (nivelamento combinado com reduções do efeito gravitacional); Estar conectado ao sistema de referência geométrico do SIRGAS; Estar associado a uma época específica (variação das coordenadas no tempo).

41 A rede SIRGAS Início: Conferência Internacional para a definição de um Sistema de Referência Geocêntrico para a América do Sul Assunção - Paraguai em Objetivos: - Definir um sistema de referência geocêntrico para a América do Sul; - Estabelecer e manter uma rede de referência; - Definir e estabelecer um datum geocêntrico. Participação de países da América Latina e Caribe Duas realizações: 1995 e 2000

42 A rede SIRGAS 2001: Mudado o nome de Sistema de Referência Geocêntrico para a América do Sul para Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas extensão da rede e recomendação da ONU-2001 Existem 5 centros de análises, com objetivo de: Processar, comparar e combinar os dados GPS das estações permanentes localizadas na América Latina e Caribe Manter a Rede de Referência SIRGAS Realizar a integração com a Rede Global do International GNSS Service (IGS)

43 Estrutura

44 A rede SIRGAS É quadridimensional: X, Y, Z e velocidades Coordenadas Variação no Tempo Época Velocidades individuais das estações Modelo contínuo de velocidades (continental) Reduzir à época 2000,4

45 1ª realização SIRGAS 95 2ª realização SIRGAS 2000 A rede SIRGAS Corresponde ao ITRF94, época 1995,4 Rede GPS de alta precisão 58 estações Reocupação extensão para Caribe/América do Norte e Central 184 estações Corresponde ao ITRF2000, época 2000,4 Precisão de 3 a 6mm 3ª realização SIRGAS-CON Operação contínua Mais de 300 estações GNSS de funcionamento permanente 58 estações pertencem à rede global do IGS Coordenadas calculadas semanalmente pelos centros de processamento e combinação SIRGAS (Equador, Chile, Argentina, Venezuela, Brasil, Colômbia, Argentina, México e Uruguai) Relação entre as diferentes realizações: parâmetros de transformação entre os ITRFs correspondentes e redução das coordenadas à mesma época de referência

46 Rede SIRGAS 21 estações no Brasil

47 SIRGAS CON-C -rede fundamental -densificação primária do ITRF SIRGAS CON-D -rede complementar -marcos de referência de interesse nacional

48 Velocidades mages/vemos2009_itrf2005.png

49 Exemplo - velocidades

50 Precisões Redes clássicas de orientação topocêntrica e Data locais Precisão relativa de 1: a 1: Redes globais de orientação geocêntrica Precisão relativa de 1: Modernas técnicas como satélites altímetros, imageadores multiespectrais e sensores gravimétricos fornecem as informações em SGRs geocêntricos.

51 Conversão e Integração entre Redes Geodésicas de Referência Devido à evolução do SGB, a tarefa de transformação entre dois sistemas é muito comum; Por exemplo, para transformação do Córrego Alegre para SAD 69 efetua-se as translações: ΔX = -138,70m ΔY = 164,40m ΔZ = 34,40m Resolução PR n 22, de 21/07/83

52 WGS/SAD69 Parâmetros de transformação do WGS (primeira realização) para SAD 69, com erros estimados em torno de 40 cm na região do Datum: ΔX = 66,87m ΔY = -4,37m ΔZ = 38,52m

53 SAD69/96 A nova realização do SAD69 (1996), para efeitos de análise qualitativa, foi integrada com o ITRF1994 via rede SIRGAS, com erro médio inferior a 1m. Se comparado o SAD 69 reajustado com sua realização anterior, tem-se uma variação média de 15m, com variações extremas de até 45m.

54 Deslocamento das coordenadas entre as realizações SAD69 e SAD69/96

55 Transformação SAD69-SIRGAS2000 Até 2015 todos os trabalhos realizados deverão estar referidos ao SIRGAS Resolução PR n 1, de 25/02/2005 Lembrando: NÃO EXISTEM parâmetros de transformação entre WGS-84 e SIRGAS2000: para fins práticos são coincidentes.

56 Transformação entre SGRs IMPORTANTE: Quando se realiza uma transformação de um sistema para outro, a precisão do sistema de saída estará condicionada ao sistema MENOS preciso. Porém pode-se melhorar um referencial menos preciso através da incorporação de técnicas modernas.

57 Dados para o trabalho Cálculo de coordenadas geodésicas cartesianas Resolução PR do IBGE n 23, de 21 de fevereiro de 1989 ou Apêndice do texto Bases Cartográficas e SIG Parâmetros de transformação SAD/SIRGAS Resolução PR do IBGE n 1, de 25 de fevereiro de 2005 Transformação de Similaridade Apêndice do texto Bases Cartográficas e SIG Fórmulas simplificadas de Molodensky Resolução PR do IBGE n 22, de 21 de julho de 1983

58 Referências páginas consultadas sia/default_sgb_int.shtm?c=