REFERENCIAIS -CELESTE -TERRESTRE Prof. Dra. Daniele Barroca Marra Alves
INTRODUÇÃO Sistemas de Referência - Motivação Porque são necessários??? Qual a importância para a Geodésia?
INTRODUÇÃO Quais as principais etapas envolvidas? Definição Realização Apropriadas Precisas Consistentes
ATIVIDADE Defina o seu sistema de referência O que ele deve possuir? O que deve ser definido? É só teórico? Destacar do caderno e entregar para discussão.
DEFINIÇÃO E REALIZAÇÃO
INTRODUÇÃO A definição e realização são essenciais para (MONICO, 2008): Descrição do movimento dos satélites (órbitas); Modelagem das observáveis; Representação, interpretação e, quando necessário, transformação dos resultados. O aumento na acurácia de muitas técnicas de observação por satélites está intimamente ligado com um aumento na acurácia dos sistemas de referência (SEBBER, 2003).
DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA Como pôde ser visto, a definição e realização dos sistemas de referência são de extrema importância, basicamente eles podem ser descritos como: Definição - caracteriza-se pela definição conceitual de como o sistema de coordenadas é formado. Define a origem e a orientação dos planos fundamentais ou eixos do sistema; Também inclui a teoria fundamental envolvida (modelos físicos e matemáticos) e os padrões adotados; Em inglês o termo adotado é reference system. Por exemplo, os modelos usados para determinação da velocidade das estações, baseados na teoria das placas tectônicas ou a partir de medidas de longa duração, se inserem na definição de um sistema de referência terrestre.
DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA Um referencial ideal seria aquele que a origem estivesse em repouso ou em movimento retilíneo uniforme, o que caracterizaria um referencial inercial, dentro do conceito da mecânica de Newton. Num sistema de referência terrestre, a origem é o geocentro, que possui aceleração em seu movimento de translação ao redor do sol (apesar de pequena) - referencial quase-inercial. No celeste, um sistema inercial é definido por meio de posições de objetos extragalácticos, cujos movimentos próprios são desprezíveis, ao comparar com a acurácia das medidas realizadas sobre os mesmos. Além disso, na conceituação, devem ser considerados fatores relacionados à deformação da Terra a nível global, regional e local, bem como outros.
DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA Em geral, cada instituição ou grupo de pesquisadores envolvidos com referenciais dispõe de uma solução específica para a definição do referencial. TRS (Terrestrial Reference System Sistema de Referência Terrestre) para o caso terrestre; CRS (Celestial Reference System Sistema de Referência Celeste) para o celeste. Para fins operacionais, torna-se necessário adotar um referencial, o qual em geral é adotado por convenção, quer seja o terrestre ou celeste, dando origem ao sistema de referência convencional. Os modelos, constantes numéricas e algoritmos são especificados. Eles proporcionam a origem, escala e orientação do sistema, bem como sua evolução temporal. Tem-se então: CTRS (Conventional Terrestrial Reference System Sistema de Referência Terrestre Convencional); CCRS (Conventional Celestial Reference System Sistema de Referência Celeste Convencional).
REALIZAÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA Realização - definido um referencial e adotado por convenção, o passo seguinte é a coleta de observações a partir de pontos devidamente materializados na superfície terrestre (rede), ou próximos a ela. Fazem parte ainda: Processamento e análise das observações; Divulgação dos resultados, que se caracteriza pelo conjunto de coordenadas associado à uma época particular. Essas coordenadas podem vir acompanhadas de suas respectivas velocidades; No caso de um referencial celeste, a realização é uma lista de coordenadas (ascensão reta e declinação) de objetos extragalácticos. Esse conjunto materializa o sistema de referência. Em inglês o termo adotado é reference frame.
DENSIFICAÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA Densificação Após a definição e realização do referencial, outro aspecto importante diz respeito à sua densificação. Procedimento que, no caso terrestre, visa aumentar a densidade de estações (pontos materializados com espaçamento menor). Logo, a densificação passa a ser uma expansão da materialização. Resumindo: Definição de um sistema de referência - caso ideal - fica limitada em razão dos erros inerentes às observáveis utilizadas na sua realização e da imprecisão das constantes adotadas por convenção; Realização - nada mais é que uma lista de coordenadas e velocidades dos objetos que materializam o sistema, que pode ser denominada de conjunto de coordenadas de referência.
DEFINIÇÃO E REALIZAÇÃO Cite as principais etapas associadas a Definição e Realização dos sistemas de referência. O que vai definir a acurácia do sistema de referência? O que ocorre com a acurácia quando são integradas diferentes técnicas?
ACURÁCIA NOS SISTEMAS DE REFERÊNCIA A acurácia das coordenadas de referência deve ser compatível com a da tecnologia de posicionamento adotada. Caso contrário, a qualidade dos resultados se deteriora; Exemplo - integração de levantamentos GNSS de alta precisão a uma rede levantada por técnicas convencionais (triangulação, trilateração, poligonais, etc.) Nesse caso, a integração deteriorará a qualidade dos resultados obtidos com o GNSS;
REFERENCIAIS ADOTADOS NO GNSS
REFERENCIAIS ADOTADOS NO GNSS No posicionamento por satélites, os referências adotados são, em geral, globais e geocêntricos. O movimento dos satélites ocorre ao redor do centro de massa da Terra. As estações terrestres são, normalmente, representadas num sistema fixo a Terra, que rotaciona com a mesma (sistema terrestre). O movimento do satélite é melhor descrito no sistema de coordenadas equatoriais (sistema celeste). Como ambos os sistemas são geocêntricos, tem-se referenciais quase-inerciais.
REFERENCIAIS
RELAÇÃO ENTRE REFERENCIAIS Definido os dois referencias (celeste e terrestre), tem-se ainda que conhecer a relação entre eles, para poder modelar adequadamente as observáveis. No ajustamento, é essencial que posições dos satélites e estações terrestres sejam representadas no mesmo sistema de referência. Grande parte dos levantamentos até então executados está referenciada a sistemas regionais (quase-geocêntricos), tal como a maioria dos documentos cartográficos. No caso do Brasil, um dos referenciais do Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) coincide com o Sistema de Referência da América do Sul (SAD 69: South American Datum of 1969), o qual não é geocêntrico. A relação matemática entre os sistemas regionais e aqueles usados em posicionamento por satélites deve ser conhecida.
REFERENCIAIS A tendência mundial aponta para a adoção de sistemas geocêntricos, não só para fins geodésicos, mas também para fins de mapeamento. Vários países estão desenvolvendo atividades visando atingir esse objetivo. No Brasil, desde 2005 o referencial geocêntrico que pode ser adotado é o SIRGAS (Sistema de Referência Geocêntrico das Américas). Deve-se ainda lembrar que as posições relativas e orientação dos vértices se alteram com o transcorrer do tempo. A época associada ao referencial realizado é de fundamental importância.
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE E TERRESTRE Posicionamento por satélites - envolve os sistemas de coordenadas celestes e terrestres convencionais. geocêntricos Mais detalhes de tais sistemas são vistos a seguir.
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE CCRS (Convencional Celestial Reference System) - Coordenadas Equatoriais; Origem Centro de Massa da Terra; Eixo Xc - aponta para o equinócio dinâmico as 12h TDB (Barycentric Dynamical Time) no Dia Juliano 2451545,0, época J2000; Eixo Zc - direção do pólo de referência convencional na mesma época; Eixo Yc - completa o sistema dextrógiro. Zc Polo Norte(J2000) Xc g (J2000) Plano Equatorial Yc Esse sistema foi adotado na Assembléia Geral da IAU em 1997, sob a denominação de ICRS (International Celestial Reference System Sistema de Referência Celeste Internacional).
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE O ICRS é materializado por uma série de coordenadas equatoriais, ascensão reta e declinação, de fontes de rádio extragaláctico quasars, determinadas a partir da técnica VLBI. Realizações do ICRS, que é o referencial estabelecido pelo IERS (International Earth Rotation and Reference System Service), denominado ICRF (IERS Celestial Reference Frame), vinham ocorrendo anualmente entre 1989 e 1995. O IERS propôs que a versão de 1995 fosse adotada como sendo o ICRS, o que foi oficialmente aceito na assembleia da IAU de 1997. A última realização é de 1999, e conta com 667 objetos.
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE A manutenção do ICRS requer que a estabilidade das coordenadas das fontes seja monitorada através de novas observações VLBI e reanálises. As atualizações comparecem nas publicações do IERS. Uma realização do ICRS é: Catálogo Hipparcos - contém uma lista de coordenadas de 118218 estrelas para a época J1991,25, com precisão da ordem de 0,77 e 0,64 mas (milionésimo do arco de segundo) em ascensão reta e declinação, respectivamente (McCarthy, 2003). Essas coordenadas foram determinadas usando o telescópio óptico do satélite Hipparcos (High Precision Parallax Collecting Satellite). A vinculação do ICRF com um referencial prático de ser utilizado no posicionamento por satélite se concretiza através do ITRF (International Terrestrial Reference frame).
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE O ITRS (International Terrestrial Reference System) é um sistema de referência espacial que rotaciona com a Terra em seu movimento no espaço. Tem origem no centro de massa da Terra O sistema de referencia terrestre deve atender as condições: é geocêntrico, sendo que o centro de massa é definido usando a Terra toda, incluindo oceanos e atmosfera; a escala é consistente com o TCG (Tempo Coordenado Geocêntrico) para um referencial geocêntrico; sua orientação é dada pelo BIH (Bureau International de L`Heure) na época 1984,0; sua evolução temporal em orientação é assegurada pelo uso da condição de rede que não rotaciona com respeito ao movimento tectônico horizontal sobre toda a Terra.
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE O CTRS é um sistema fixo à Terra, isto é, ele rotaciona com ela. Escala - está diretamente relacionada com a referência de tempo utilizada na determinação das órbitas dos satélites, onde os efeitos relativísticos devem ser levados em consideração. Evolução temporal em orientação - é garantida pela introdução da condição de um referencial NNR (No Net Rotation Rede Sem Rotação) A realização de um CTRS deve, de preferência, ser especificada em coordenadas cartesianas; O eixo Z aponta na direção do CTP (Pólo terrestre convencional); O eixo X na direção média do meridiano de Greenwich; O eixo Y de modo a tornar o sistema dextrógiro.
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE A realização do CTRS é composta por um catálogo de coordenadas e velocidades de um grupo de estações IERS. As coordenadas dessas estações têm sido determinadas com VLBI, SLR, GNSS e DORIS. Cada uma das realizações é designada por ITRF-yy. O número yy especifica os dois últimos dígitos do último ano cujos dados contribuíram com a realização em consideração. Se coordenadas geodésicas são necessárias, deve-se usar o elipsoide GRS-80.
TRANFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS A transformação do sistema celeste (CCRS) para o terrestre (CTRS) é realizada empregando uma sequência de rotações que levam em consideração: a precessão (P); a nutação (N); a rotação e orientação da Terra (S), incluindo o movimento do pólo. X T SNPX T onde X C e X representam vetores posicionais nos sistemas terrestre e celeste. c http:www.iers.org http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/
TRANFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS
MATERIAL DE APOIO Livros HOFMANN-WELLENHOF, B.; LICHTENEGGER, H.; COLLINS, J.. GNSS Global Navigation Satellite Systems GPS, GLONASS, Galileo, and more. New York: Springer- Verlag, 2008. 516p. MONICO, J. F. G. Posicionamento pelo GNSS: Descrição, fundamentos e aplicações. 2ª ed. São Paulo: Editora UNESP. 2008. SEEBER, G. Satellite Geodesy: Foundations, Methods, and Applications. Berlin, New York: Walter de Gruyter, 2003.
QUESTÕES 1) Porque a definição e realização dos referenciais são importantes? 2) Qual o nível de acurácia exigido para os referenciais? 3) Do que se trata a definição do referencial? 4) Qual o termo adotado em inglês para a definição de um referencial? 5) Como seria um referencial ideal? 6) O que é a realização de um referencial? 7) Qual o termo adotado em inglês para a realização de um referencial? 8) Dê exemplos de realizações de referenciais terrestres e celestes. 9) O que é densificação? qual sua importância no referencial? 10) Como são os referenciais no caso de posicionamento por satélite? 11) Dê exemplos de referenciais empregados no Brasil. 12) A época associada ao referencial é importante? Porque? 13) Quais parâmetros são importantes na definição dos sistemas de referência celeste e terrestre? 14) Como é materializado um sistema de referência celeste? 15) Como é materializado um sistema de referência terrestre? 16) É possível realizar transformações entre referenciais celestes e terrestres? Como?