Sistema Geodésico Brasileiro Notas de Aulas RG FCT/UNESP 2018 1
SGB - Considerações Iniciais A definição, implantação e manutenção do Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) são de responsabilidade do IBGE. Entre os componentes principais do SGB estão as redes planimétrica, altimétrica, maregráficas e gravimétrica. Referencial Clássico e Atual/Moderno 2
SGB - Considerações Iniciais Para o caso clássico: em uso até fev 2015. A figura geométrica da Terra é definida pelo elipsóide South American 1969. Nessa definição fica implícito que o semi-eixo menor do elipsóide é paralelo ao eixo de rotação da Terra e o plano do meridiano de origem é paralelo ao plano meridiano de Greenwich, tal como definido pelo BIH. 3
SGB - Considerações Iniciais O referencial altimétrico é materializado pela superfície equipotencial que coincide com o nível médio do mar, definido pelas observações maregráficas tomadas na baía de Imbituba, no litoral de Santa Catarina no período de 1949 a 1957 (IBGE, 1996). O SGB (clássico), como qualquer outro sistema geodésico de referência, pode ser dividido em duas componentes: os data horizontal e vertical, e a rede de referência, consistindo das coordenadas das estações monumentadas, as quais representam a realização física do sistema. 4
Rede horizontal A rede horizontal teve sua implantação iniciada na década de 40. Os cálculos iniciais foram realizados em CA além de outros. O primeiro ajustamento foi realizado na década de 70 pelo IAGS (Inter American Geodetic Survey) e foi conduzido em SAD 69. 5
Rede horizontal Foi utilizado o programa computacional denominado HAVOC (Horizontal Adjustment by Variation of Coordinates). Posteriormente, a densificação da rede era ajustada pelo IBGE empregando o programa USHER (Users System for Horizontal Evaluation and Reduction). Na metodologia empregada considerava-se a rede subdividida em áreas, sendo que as coordenadas das estações de ligação eram injuncionadas como fixas, a partir das coordenadas provenientes de um ajuste anterior. Esse procedimento inseriu distorções na rede, o que era inevitável, face à limitação computacional da época, que não permitia o processamento simultâneo de uma extensa massa de dados. 6
Numa etapa posterior, a rede planimétrica foi reajustada com o uso do sistema GHOST (Geodetic adjustment using Helmert blocking Of Space and Terrestrial data), o qual é adequado para o ajustamento de redes geodésicas tridimensionais, realizando a decomposição da rede em blocos de Helmert. Esse sistema permite a introdução dos vetores das diferenças de coordenadas derivadas do sistema TRANSIT e GPS como observáveis, bem como das próprias coordenadas estimadas a partir desses sistemas. 7
Alguns vetores derivados do posicionamento GPS e Doppler foram introduzidos no processamento. Essa nova realização do SGB tem sido identificada não oficialmente como SAD 69 realização 1996 (SAD 69/96). Ela é composta por aproximadamente 5 mil estações A Figura a seguir ilustra a rede planimétrica que fez parte do SAD 69/96. 8
Estações Doppler e GPS (Cortesia: IBGE) 9
Rede Ajustada (SAD69-96) (Cortesia: IBGE) 10
Rede horizontal da realização atual do SAD 69 (Fonte: IBGE, 2005) 11
Rede horizontal... Quanto à acurácia advinda do ajustamento, ela fica entre 0,5 m e 1,0m (IBGE, 2000). Testes que realizamos usando dados Transpetro... Mais que 3 metros.. Mas a julgar pela experiência de outros países, deve-se esperar algum efeito sistemático em função do afastamento do ponto origem, da ordem de 10 ppm (partes por milhão). O NAD83 (North American Datum 1983) apresenta precisão da ordem de 12 ppm ao nível de confiança de 95% (UNDERHILL et al.,1993). Sistema Americano em fase de elaboração Em 2020 um novo sistema totalmente moderno será disponibilizado... 12
A componente horizontal do SGB (clássico SAD69 e SAD69/96) tem como origem o vértice CHUÁ, e o elipsóide de Referência 1967, que coincide com a definição do SAD 69. Os parâmetros definidores do elipsóide são: - a (semi-eixo maior) = 6378160,0 - f (achatamento) = 1/298,25 Na orientação topocêntrica do elipsóide, adotaram-se as coordenadas geodésicas do vértice CHUÁ. = 19 0 45 41,6527 S e = 48 0 06 04,0639 W com o azimute = 271 0 30 04,05 SWNE para o vértice Uberaba. A altura do geóide é considerada nula (N = 0), e as componentes meridiana e primeiro vertical do desvio da vertical são dadas respectivamente por = -0,31 " e = 3,59 ". 13
Antes da adoção do SAD 69, utilizava-se no Brasil o datum Córrego Alegre (CA). A maioria do mapeamento brasileiro foi realizada em CA. Várias realizações do CA Modelagem de distorção inserida no ProGriD Duas realizações CA 1961 CA (1970+72) 14
SGB Componente Moderna/Atual Redes GPS estaduais têm sido desenvolvidas no Brasil. Tratam-se de redes passivas, tais como as redes convencionais. Isso significa que, no levantamento de novas estações a partir dessas redes, o usuário tem de ocupar fisicamente as estações de referência. Várias outras redes foram implantadas: as redes do Estado de Rio de Janeiro, Minas Gerais, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Ceará, Rio Grande do Sul e Espírito Santo, Acre, Nordeste, etc. Outras informações podem ser obtidas em http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/estadual.shtm. 15
A concepção dessas redes atende à maioria dos usuários GPS em termos de acurácia, além de ter seus vértices em locais de acesso relativamente fácil e com garantia de integridade física. Mas em muitos casos, a conexão à rede por usuários dispondo apenas de receptores de mono freqüência exigirá o levantamento de mais do que uma linha de base, haja vista que, nessas circunstâncias, recomendam-se linhas de base de no máximo 20 km, em razão dos problemas de refração ionosférica. 16
O mais notável em termos de posicionamento geodésico no Brasil foi a proposta de implantação da RBMC. Trata-se de uma concepção moderna, a qual contempla os mais recentes desenvolvimentos na área de posicionamento, como, por exemplo, proporcionar que seus usuários realizem posicionamento a partir de estações ativa. Ela não só permite o acesso dos usuários ao referencial do SGB, como faz parte de uma rede mundial (IGS), reduzindo os custos das participações em campanhas internacionais. 17
Usuários que dispõem de um receptor de dupla freqüência poderão posicionar um vértice com boa acurácia em qualquer parte do território nacional, sem a necessidade de ocupar nenhuma estação do SGB. 18
Para acessar os dados das estações da RBMC, basta acessar o site do IBGE: e se cadastrar. http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/rbmc/rbmc_est.php A Figura a seguir mostra as localizações das estações da RBMC e RBMC-IP. Parte das estações encontra-se funcionando desde 1997, e o número de estações tem crescido constantemente. Descritivos das estações e dados podem ser obtidos na página da RBMC. IBGE possibilita a execução de PPP online pós processado e em tempo real. 19
RBMC 20
RBMC - IP 21
https://ww2.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/sgb.shtm 22
Rede Altimétrica No que se refere à rede de nivelamento, entre 1948 e 1975 foram executados oito ajustamentos manuais, em blocos justapostos. (1948, 1952, 1959, 1962, 1963, 1966, 1970 e 1975). 23
Rede Altimétrica Em 1993 foi concluído o ajustamento nacional preliminar, que se refere ao primeiro ajustamento automatizado e integral da RAAP (Rede Altimétrica de Alta Precisão) (LUZ et al., 2002). Somente no início de 2005, foi possível iniciar o processo que levou ao ajustamento simultâneo, concluído em maio e disponibilizado em 20 de junho de 2005. A organização e a preparação de todos os dados da RAAP, observações e memoriais descritivos, demandaram a geração de programas específicos de crítica dos dados, onde foram identificadas e corrigidas as inconsistências encontradas. 24
Rede Altimétrica Assim, foi possível incluir estações que anteriormente receberam valores preliminares e cerca de 12.000 que ainda não haviam sido calculadas. Também foram identificadas áreas que precisam de novas medições, confirmada a necessidade de manutenção de várias estações geodésicas existentes e construção de novas. Para o cálculo do ajustamento foi utilizado o software canadense denominado GHOST (Geodetic adjustment using Helmert blocking Of Space and Terrestrial data), que permite o ajustamento simultâneo de grandes redes geodésicas. 25
Neste ajustamento foram incluídas todas as RRNN medidas e não calculadas, antes e depois do AAGP, e as RRNN pertencentes aos ramais das linhas de nivelamento. Como resultado, foram disponibilizadas altitudes ajustadas de aproximadamente 69000 RRNN, juntamente com seus respectivos desvios-padrão, propagados desde a origem da Rede, no marégrafo de Imbituba/SC. Devido à impossibilidade de estabelecimento de Referências de Nível no entorno do baixo Rio Amazonas, a pequena porção da Rede Altimétrica existente no estado do Amapá não pôde ser conectada a Imbituba, levando à utilização do nível médio do mar no Porto de Santana entre 1957 e 1958, originando o Datum Santana. 26
É importante ressaltar que a introdução de novas observações, a metodologia utilizada e as inconsistências corrigidas ocasionaram mudanças nas altitudes das antigas estações. Problemas em alguns tipos de atividades... 27
Correções 28
Rede Altimétrica (Cortesia: IBGE) 29
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Distribuição Desvio-Padrão das altitudes 31
Diferenças do ajustamento de 2015 e BDG 32
Rede Gravimétrica O estabelecimento da rede gravimétrica no Brasil, de fundamental importância para o estabelecimento do geóide e determinação de altitudes científicas (GEMAEL, 1999 p. 211), dentre outras funções, só adquiriu um caráter sistemático a partir de 1990, quando foram estabelecidas estações gravimétricas visando cobrir o vazio de informações de aceleração da gravidade. A Figura a seguir ilustra a distribuição das estações gravimétricas no Brasil. A determinação de altitudes científicas (ortométricas, normais, etc), requer de informação gravimétrica para sua determinação. Assim sendo, desde 2006 campanhas de levantamentos gravimétricos vem sendo executadas sobre as linhas principais de nivelamento, com a finalidade de auxiliar no cálculo destas altitudes e facilitar a conexão da Rede Altimétrica Brasileira com as Redes dos países vizinhos. 33
Estações gravimétricas no Brasil (Fonte: IBGE,) Observando a figura nota-se que existe um vazio em termos de estações altimétricas e gravimétricas na região amazônica. 34
Adoção de um referencial geocêntrico Os usuários do SGB tinha a disposição em determinado momento, quatro sistemas geodésicos de referência (CA, SAD 69, WGS 84 e SIRGAS) e várias realizações destes (uma/duas CA, duas do SAD 69, várias do SIRGAS e cinco do WGS 84), o que poderá causar confusão. O primeiro e o segundo sistemas de referência (CA e SAD 69) têm sido usados para o mapeamento, o terceiro (WGS 84) para fins operacionais de levantamentos com GPS usando efemérides transmitidas; e o quarto para levantamentos geodésicos e de fins científicos. 35
Tal situação representou o impacto de novas tecnologias e a necessidade de atender aos usuários. No entanto, a existência de múltiplos referenciais pode, conforme já citado, confundir os usuários e dificultar a permuta de informações. Num determinado momento deve ocorrer uma unificação desses sistemas. Conforme já dito, o ideal seria a adoção de um referencial com acurácia adequada e que reduza a necessidade de transformações, considerando a realidade atual. Como as tecnologias de posicionamento disponíveis atualmente, em especial o GPS, proporcionam informações num referencial geocêntrico, parece óbvio que o referencial a ser adotado tenha origem geocêntrica. 36
No Brasil, grande parte da comunidade envolvida com Cartografia, Geodésia e áreas correlatas participou das discussões sobre a adoção de um referencial geocêntrico. Como conseqüência dos vários encontros em congressos e feiras de geotecnologia, o IBGE organizou um seminário sobre o assunto, denominado 1o seminário sobre referencial geocêntrico no Brasil, o qual foi realizado em outubro de 2000, na cidade do Rio de Janeiro. Vários trabalhos foram apresentados, problemas levantados e uma agenda de trabalho com metas e diretrizes foi proposta objetivando a futura adoção de um referencial geocêntrico no Brasil. Ficou decidido, a partir de trabalhos posteriores ao 1o seminário, que o referencial a ser adotado para o SGB e para o Sistema Cartográfico Nacional (SCN) seria o SIRGAS, em sua realização do ano de 2000 (SIRGAS 2000), tendo por época de referência 2000,4. O SIRGAS 2000 tem como Sistema Geodésico de Referência o ITRS. O elipsóide associado é o GRS 80 (a = 6.378.137 m e f = 1/298,257222101). A orientação garante que os pólos e meridiano de referência sejam consistentes em ± 0,005 com as direções definidas pelo BIH em 1984,0. 37
A resolução 01/2005 da presidência do IBGE que trata da alteração da caracterização do SGB é de 25 de fevereiro de 2005. Para o SGB o SIRGAS 2000 pode ser utilizado em concomitância com o SAD 69, ao passo que para SCN, pode incluir também o CA. Essa coexistência visa oferecer à sociedade um período de transição antes da adoção do SIRGAS 2000. Neste período de transição, não superior a dez anos, os usuários deverão adequar e ajustar suas bases de dados, métodos e procedimentos ao novo sistema. As 20 estações da realização do SIRGAS na campanha de 2000 localizadas no Brasil, acrescida de uma estação determinada posteriormente (SMAR), constituem a estrutura de referência básica a partir da qual foram determinadas as coordenadas das outras estações que compõem a Rede Geodésica Brasileira. 38
Ajustamento da rede geodésica brasileira em SIRGAS 2000 Toda a rede geodésica brasileira foi ajustada em SIRGAS 2000, onde as estações GPS que participaram da campanha SIRGAS foram injuncionadas noajustamento; Relatório disponível no IBGE em: ftp://geoftp.ibge.gov.br/documentos/geodesia/rel_sirgas2000.pdf 39
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ProGriD Desde novembro de 2008, as transformações entre os referenciais no Brasil deve ser realizada com o uso do ProGriD Mas aqui não envolve as velocidades... 42
ProGriD 43
Atualização de coordenadas Considerando que o SGB atualmente é composto pelo SIRGAS 2000, ao qual está associado um campo de velocidade, já se tem disponível um sistema e software para solucionar esse problema O modelo é denominado VEMOS (Modelo de Velocidade SIRGAS). A última realização é o VMS2015 (antes VMS2009). http://www.sirgas.org/index.php?id=54 Programa Velinter (em anexo) era utilizado até recentemente. Mais informações sobre o SIRGAS 2000: http://www.sirgas.org/index.php?id=77&l=2%2findex.php%3fid%3d 44
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