COMPARATIVO ENTRE OS SISTEMAS WAAS/EGNOS ATIVADO E DESATIVADO NA REGIÃO DE POMPÉIA SP

1 COMPARATIVO ENTRE OS SISTEMAS WAAS/EGNOS ATIVADO E DESATIVADO NA REGIÃO DE POMPÉIA SP Augusto R. Graciano¹, Ana Carolina de O. Vale²,Danylo Douglas P. do Carmo²,Julian Scanavacca²,José V. Salvi³. ¹Discente do 6º termo do curso Tecnologia em Mecanização em Agricultura de Precisão da Faculdade de Tecnologia Shunji Nishimura de Pompéia - SP, Fone: (14) 9705-9194, augusto.graciano@fatec.sp.gov.br ²Discentes do 6º termo do curso Tecnologia em Mecanização em Agricultura de Precisão da Faculdade de Tecnologia Shunji Nishimura de Pompéia SP ³Eng. Agrônomo, Mestre, Professor Assistente, FATEC Pompéia, Pompéia SP RESUMO O objetivo do estudo foi determinar os efeitos positivos e/ou negativos do uso do sistema WADGPS WAAS/EGNOS na determinação da posição e altitude em receptores GPS Garmin etrex Vista na região de Pompéia-SP. O ensaio foi realizado no marco geodésico da Fundação Shunji Nishimura de Tecnologia, com dois receptores e taxa de repetição de um ponto a cada cinco segundos. Os dados coletados foram analisados, comparados e interpretados. Foi observado que o sistema de correção WADGPS WAAS/EGNOS, apesar de ter sido criado para o território dos EUA/Europa, neste estudo teve efeitos positivos na determinação da posição do marco e efeitos negativos na determinação da altitude quando avaliados na região de Pompéia-SP. PALAVRAS CHAVE Gps, Correção diferencial, Índice de acurácia COMPARISON BETWEEN SYSTEMS WAAS/EGNOS ACTIVATED AND DEACTIVATE IN THE REGION OF POMPÉIA - SP ABSTRACT The purpose of this study was determine the positive and /or negative effects of the use of the WADGPS WAAS / EGNOS system on the determination of positioning and altitude in GPS Garmin etrex Vista in the Pompeia-SP. The test was performed in geodesic mark of the Foundation Shunji Nishimura Technology, with two receivers and a repetition rate of one point on every five seconds. Then, the data collected were analyzed, compared and interpreted. It was observed that the WAAS correction system WADGPS / EGNOS, despite having been created for the territory of the USA / Europe, this study had positive effects in

2 determining the position in Mark and negative effects in determining the altitude when evaluated in the region of Pompeia-SP. KEYWORDS: Gps, Differential correction, Accuracy indices INTRODUÇÃO Com o melhoramento do sistema GNSS várias tecnologias e conceitos foram criados, e o sistema passou a ser utilizado em diversos setores da economia, o setor agrícola aderiu á tecnologia e desenvolveu diversas ferramentas que utilizam sistemas de GNSS, o uso de GPS na agricultura possibilita uma abordagem localizada dos problemas dentro da propriedade rural, possibilitando a gestão da variabilidade espacial. Com o aumento dos estudos relacionados aos sistemas GNSS o conceito de posicionamento sofreu algumas mudanças, uma delas foi a divisão em posicionamento absoluto e posicionamento relativo. Entende-se por posicionamento absoluto quando as coordenadas estão associadas diretamente ao geocentro, e relativo, quando as coordenadas são determinadas com relação a um referencial materializado por um ou mais vértices com coordenadas conhecidas (MONICO, 2008). No posicionamento absoluto, também denominado posicionamento por ponto, onde se utiliza efemérides transmitidas, a posição do ponto é determinada no referencial vinculado ao sistema que está sendo usado. No posicionamento relativo, a posição de um ponto é determinada com relação à de outro, cujas coordenadas são conhecidas. A coordenada do ponto conhecido deve ser referenciada ao WGS84, ou em um sistema compatível com esse (SIRGAS 2000, ITRF 2000, ITRF 2005 ou IGS 05). Pode se ainda usar, no contexto do posicionamento por satélite, o método denominado DGPS (Differential GPS), muito empregado em navegação (MONICO, 2008). O método DGPS foi desenvolvido para que fossem reduzidos os efeitos advindos da disponibilidade seletiva (AS), implementada nos satélites GPS e desativada em 2000 (MONICO, 2008). O conceito de DGPS envolve o uso de um receptor estático em uma estação com coordenadas conhecidas, rastreando todos os satélites visíveis. O processamento dos dados nessa estação permite que se calculem as correções posicionais, bem como as pseudodistâncias. Estando a estação base localizada nas proximidades da região de interesse, há forte correlação entre os erros envolvidos na estação base e na móvel. Assim, se o usuário receber tais correções, ele poderá corrigir suas posições ou as observações coletadas, dependendo da estratégia adotada.

3 O sistema DGPS tinha algumas desvantagens e limitações, entre elas, alto custo, necessidade de visibilidade do receptor que esteja utilizando o sinal de correção do DGPS e degradação da qualidade do sinal de acordo com a distância, sendo assim foi desenvolvido o WADGPS Wide Area DGPS, que é uma rede de estações base. O WADGPS foi desenvolvido visando reduzir as deficiências inerentes ao DGPS, sem a necessidade de estabelecer um grande número de estações. Enquanto o DGPS produz uma correção escalar pra cada uma das pseudodistâncias, um sistema de WADGPS proporciona um vetor de correções tridimensionais composto dos erros das efemérides e do relógio para cada satélite, além dos parâmetros inerentes à refração ionosférica e troposférica. Na composição de um sistema de WADGPS, faz parte pelo menos uma estação monitora, estações de referência e sistema de comunicação (MONICO, 2000). Na composição de um sistema de WADGPS, há pelo menos uma estação monitora, estações de referência e sistema de comunicação. Cada estação de referência é equipada com oscilador e receptor GNSS (GPS) de alta qualidade (dupla frequência). As medidas coletadas em cada estação são enviadas para estação monitora, a qual estima e analisa as componentes do vetor de correções, o vetor de correção é transmitido a um ou mais satélites geoestacionário, que retransmite esse vetor de correção para toda a área de abrangência do sistema (MONICO,2008).Vários sistemas WADGPS estão sendo desenvolvidos pelo mundo, entre eles se destacam o WAAS (Wide Area Augmentation System) e o EGNOS (European GPS Navigation Overlay System). Sendo assim, o presente trabalho tem o objetivo de comparar e observar se o sinal WADGPS referente ao WAAS e EGNOS tem efeitos positivos ou negativos no posicionamento na região de Pompéia SP. MATERIAL E MÉTODOS Na primeira etapa, o local escolhido para realização do ensaio foi o marco geodésico localizado no campus da Fundação Shunji Nishimura de Tecnologia em Pompeia-SP, a mesma consistiu na coleta dos pontos a serem comparados, foram utilizados dois receptores GPS marca Garmin etrex Vista HCX posicionados um em frente ao outro em sentido nortesul sobre o marco geodésico de coordenadas (Tabela 1), a taxa de coleta dos pontos foi de um ponto a cada cinco segundos, sendo que um receptor estava utilizando o sistema WADGPS WAAS/ EGNOS ativado e o outro desativado (Figura 1).

4 A coleta de pontos foi realizada em dois dias diferentes, no dia 04/10/11 e 06/10/11 no período entre 09h15min até 21h00min sem interrupção. Os receptores usados foram os mesmos nos dois dias, ficaram na mesma posição, sendo que o receptor no sentido norte-sul estava com o sistema WADGPS ativado e será citado como receptor 1, o receptor no sentido sul-norte estava com o sistema normal, ou seja, posicionamento absoluto e será citado como receptor 2. Tabela 1. Coordenadas do marco geodésico em metros E (x) N (y) 582924,801 7554665,183 Figura 1. Foto referente ao posicionamento dos receptores GPS no marco geodésico. Nas variáveis amostradas pelo receptor com sistema WADGPS não é possível determinar com qual sistema ele esta operando, isto é, se o sinal recebido é proveniente do sistema WAAS ou sistema EGNOS. Na segunda fase o trabalho consistiu na análise e avaliação dos dados, de forma que cada ponto tivesse seu posicionamento deslocado 0,02 metros, sendo os pontos do receptor 1 deslocados para o sul e os pontos do receptor 2 deslocados para o norte, para que o posicionamento físico do receptor fosse realmente o mesmo do marco geodésico, e consequentemente a avaliação poder ser feita com as coordenadas reais do marco geodésico utilizado. Para isso foi utilizado o software de SIG marca GPS TrackMaker para extração dos pontos do receptor para o computador e o Microsoft Excel que foi utilizado para fazer a

5 realocação em 0,02 metros de cada ponto e criação de tabelas com informações de desvio padrão, CEP e gráficos. A metodologia e os equipamentos utilizados possibilitaram a coleta de uma elevada quantidade de dados, e essa elevada quantidade de dados refletiu em resultados bastante confiáveis e coerentes. Para se analisar qual aparelho teve o melhor desempenho foi utilizada a metodologia proposta por Capelli et al. (2004) sendo efetuados cálculos do Índice de Acurácia (IA) e Índice de Precisão (σc). Além disso, foi realizada uma breve análise estatística para determinar as médias dos erros e desvio padrão. Primeiramente foi feito o cálculo de desvio padrão. Logo após foi feito o cálculo do erro circular padrão, conforme equação 1: em que, (1) σc Erro circular padrão; σx Desvio padrão do valor da coordenada Este; σy Desvio padrão do valor da coordenada Norte. O melhor sistema, absoluto ou WAAS/EGNOS seria determinado a partir de quão perto os pontos amostrados estavam do marco geodésico, e para determinar esse comportamento o método primeiramente utilizado foi à determinação da média do desvio padrão das coordenadas, o desvio padrão é a medida mais comum da dispersão estatística e define-se como a raiz quadrada da variância. É uma medida da dispersão dos pontos, sendo assim, quanto menor o resultado do desvio padrão, melhor os resultados. Sendo assim, podemos calcular o CEP e o índice de acurácia, conforme equação 2 e 3: (2) (3) em que, = representa o valor médio dos pontos coletados = representa o valor real do ponto estudado em Leste-Oeste

6 = representa o valor médio dos pontos coletados = representa o valor real do ponto estudado em Norte - Sul O segundo método utilizado para a interpretação dos dados foi o CEP, que é o erro circular provável, o mesmo indica que se um limite com probabilidade de 50% dos pontos coletados em um determinado período se encontrarem na área circular, que tenha o raio no valor encontrado pela equação do CEP, sendo assim quanto menor o CEP menor a distância de 50% dos pontos até o marco geodésico. Outro método utilizado para determinação da precisão foi o Índice de Acurácia (IA), onde é talvez a principal ferramenta para determinar qual o melhor receptor, quanto menor o valor do índice de acurácia mais preciso é o ponto. O receptor utilizado informa além de coordenadas a altitude, sendo assim a altitude é mais um parâmetro avaliado. A altitude do marco geodésico é 607, 96 metros e para determinação do melhor resultado utilizamos como parâmetros de avaliação a média de altitude amostrada, a máxima altitude amostrada a mínima altitude amostrada (Tabela 3) e a interpretação visual das figuras, que representa o comportamento dos dados amostrados (Figuras 4 e 5). RESULTADOS E DISCUSSÕES Observa-se na tabela 2 que, os resultados obtidos pelo receptor que coletava pontos com correção pelo sistema WAAS/EGNOS mostrou resultados mais preciso, pois foi seu desvio padrão de 2,24 no dia 04/09 e 2,37 no dia 06/09, mostrando que os pontos estiveram menos dispersos. O receptor 2 teve um desempenho inferior, isto é, 2,42 no dia 04/09 e 2,58 no dia 06/09. Nos resultados obtidos dia 04/09 tivemos diferenças no valor do CEP do receptor 1 em relação ao receptor 2, o receptor 1 teve um CEP de 1,54 metros, enquanto o receptor 2 teve um CEP de 3,91 metros, os resultados refletindo a superioridade da qualidade dos pontos coletados pelo receptor 1 foi repetida no dia 06/09, onde, o receptor 1 obteve um CEP de 1,01 e o receptor 2 obteve CEP 4,27. Quanto ao índice de acurácia, os resultados do receptor 1 foi em media 21,5 centímetros mais próximo da coordenada real, se mostrando assim mais correto e vantajoso, 2,24 metros e 2,37 metros foram os resultados do índice de acurácia do receptor no dia 04/09 e 06/09

7 respectivamente, enquanto o receptor 2 teve índices de acurácia no dia 04/09 de 2,42 metros e no dia 06/09 de 2,58 metros. Tabela 2: Valores obtidos com os receptores 1 e 2, referentes à coleta dos dia 04 e 06 de setembro de 2011 na região de Pompeia-SP. Erros (m) 4 de setembro 6 de setembro Receptor 1 Receptor 2 Receptor 1 Receptor 2 IA (m) 2,24 2,42 2,37 2,58 Σc (m) 2,74 2,85 2,79 3,03 CEP (m) 1,54 3,91 1,01 4,27 Outra forma de interpretação dos dados é a interpretação do gráfico que retrata o comportamento da nuvem de pontos dos dois receptores no mesmo dia, hora, e condições. A observação do gráfico possibilita um entendimento da precisão de cada receptor, no dia 04/10/2011 o gráfico mostra que os pontos coletados pelo receptor 1 estiveram mais próximos ao posicionamento real, e o resultado se repetindo no dia 06/10/2011, porém com menor discrepância. Esses foram os resultados que retratam a qualidade do posicionamento obtido, mostrando em todos os parâmetros que o receptor 1 apresentou posicionamentos mais próximos ao real, sendo assim mais preciso, diferentemente de Machado e Molin,2011, onde o uso do sistema de correção WADGPS WAAS/EGNOS na região de Piracicaba-SP não causou melhora na acurácia do posicionamento e ainda causou a degradação por vezes do posicionamento. Figura 2: Valores obtidos dos pontos amostrados com os receptores 1 e 2, referente à coleta do dia 04 de setembro de 2011 na região de Pompeia-SP.

8 Figura 3: Valores obtidos dos pontos amostrados com os receptores 1 e 2, referente à coleta do dia 06 de setembro de 2011 na região de Pompeia-SP. Os resultados obtidos quanto a altitude no primeiro e segundo dias ensaiados foram bastante semelhantes, apresentando um melhor desempenho do receptor 2.

9 No primeiro dia amostrado o receptor 2 teve como média nas altitudes coletadas o valor de 615,00 metros se aproximando mais do valor real de 607,96 metros que o receptor 1 que teve o valor de 615,60, o resultado confirmando o melhor desempenho do receptor 2 se repetiram no quesito máxima, onde o receptor 2 teve como altitude máxima coletada um valor de 622,60 metros enquanto o receptor 1 obteve 624,00 metros, sendo assim a altitude máxima coletada pelo receptor é mais próxima à altitude real do que o valor máximo coletado pelo receptor 1, a altitude mínima coletada pelos dois receptores foram 606,70 pelo receptor 1 e 605,80 pelo receptor 2, sendo assim o receptor 1 teve melhor desempenho. No segundo dia os resultados obtidos foram semelhantes, isto é, a altitude média do receptor 2 foi melhor, assim como a altitude máxima do receptor 2 foi melhor e a altitude mínima do receptor 1 foi melhor. Tabela 3: Valores obtidos da altitude com os receptores 1 e 2, referentes as coletas dos dias 04 e 06 de setembro de 2011. ALTITUDE 4 de setembro 6 de setembro Receptor 1 Receptor 2 Receptor 1 Receptor 2 MÉDIA (m) 615,60 615,00 615,30 614,10 MÁXIMO (m) 624,00 622,60 624,00 621,10 MÍNIMO (m) 606,70 605,80 606,70 601,40 As figuras abaixo (Figuras 4 e 5), mesmo sem informações precisas como análises de estatística pode - se dizer que o receptor 2 teve um melhor desempenho em relação à altitude, mantendo se sempre mais perto da altitude real. O receptor 1 que contou com a correção WAAS/EGNOS teve um melhor desempenho em relação ao posicionamento com o receptor 2, porém um pior desempenho em relação à altitude. Figura 4: Valores obtidos da altitude com os 1 e 2, referente à coleta do dia 04 de setembro de 2011.

10 Figura 5: Valores obtidos da altitude com os receptores 1 e 2, referentes a coleta do dia 06 de setembro de 2011.

11 CONCLUSÃO Com base nos resultados apresentados a partir dos ensaios aqui descritos, a conclusão é de que na região de Pompéia- SP o sistema de correção WADGPS WAAS/EGNOS obteve melhor posicionamento, pois teve melhor acurácia em relação ao posicionamento absoluto, porém a correção do sistema causa um efeito negativo na determinação da altitude. REFERÊNCIAS MONICO, J.F.G. Posicionamento pelo GNSS descrição, fundamentos e aplicações. Editora UNESP, 2008. 480 p. (Série Engenharia). MONICO, J.F.G. Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS: Descrição, fundamentos e aplicações. 1. Ed. São Paulo: UNESP, 2000. CAPPELI, N.L. Desempenho comparativo dos aparelhos GPS ETREX, III Plus e AgGPS132 quanto a acurácia e precisão. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AGRICULTURA DE PRECISÃO, 2004, Piracicaba. Anais... Piracicaba: ESALQ/USP, 2004. CD 1. MACHADO, T.M; MOLIN, J.P. Ensaios estáticos e cinemáticos de receptores de GPS. Revista brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 2011, v.15, n.9, p.981 988, 2011.