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Os métodos de posicionamento com GNSS são basicamente três: o pontual (absoluto), o relativo (diferencial) e o DGNSS. No posicionamento pontual, também denominado de posicionamento por ponto ou absoluto, a determinação da posição do ponto considerado é realizada em relação a um sistema de referência bem definido. Enquanto que no posicionamento relativo ou também denominado diferencial, a determinação da posição do ponto considerado é realizada em relação a um outro ponto, com coordenadas conhecidas, em um sistema de referência bem definido. O DGNSS é um método que foi desenvolvido a principio para reduzir os efeitos da SA empregada no GPS, e envolve o uso de um receptor estacionário numa estação com coordenadas conhecidas, que envia correções via satélite ou antena de rádio para um ou mais receptores.

Existe ainda o posicionamento por ponto preciso (PPP) que se diferencia do posicionamento por ponto, pois utiliza efemérides, correções dos relógios dos satélites determinados com alta precisão, modelos de ionosfera, etc.

Basicamente os métodos de posicionamento podem ser desenvolvidos de forma pós-processada ou em tempo real. As relações entre os métodos de posicionamento, seus momentos e estados podem ser observadas na Figura 2.16.

Vale lembra que o DGNSS foi desenvolvido primariamente para ser empregado em tempo real. Mas este fato não impede que o mesmo seja empregado para aplicações onde as coordenadas podem ser determinadas após o levantamento.

Figura 2.16 - Relação entre os métodos de posicionamento, o momento da solução e o estado.

Maiores informações sobre os métodos de posicionamento utilizando GNSS podem ser encontradas em Monico (2008), Teunissen; Kleusberg (1998), Seeber (2003), Sá (1999), entre outros.

A seguir será descrito o posicionamento relativo, pois se trata do método empregado em aplicações geodésicas de alta precisão, e por este motivo o que foi utilizado neste trabalho.

2.5.5.1 Posicionamento relativo

O posicionamento relativo é a técnica mais utilizada em posicionamento geodésico. Neste tipo de posicionamento dois ou mais receptores sobre pontos de

interesse rastreiam simultaneamente ao menos dois satélites comuns e coletam as observáveis GNSS, por um período de tempo. A partir de um receptor posicionado em um ponto de coordenadas conhecidas, é possível obter as coordenadas de pontos de interesse com alto grau de precisão, podendo a precisão atingir valores na casa do milímetro (MONICO, 2008). Em outras palavras este método permite determinar um vetor que liga dois pontos, conhecido como linha de base (Figura 2.17. Tomando a Figura 2.17 como exemplo, considera-se o ponto R1 (estação de referência) com coordenadas conhecidas representadas pelo vetor X e a linha de _R1

base B_R1R2 determinada no posicionamento relativo, com isso as coordenadas incógnitas do ponto R2 (vetor X ) podem ser obtidas por: R₂

2 1 1 2 R RR R X B X = + (2.12)

Por sua vez a linha de base

2 1R

R

B pode ser escrita na forma das suas componentes vetoriais da seguinte maneira:

⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ Δ Δ Δ = ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − − − = 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1 2 2 1 R R R R R R R R R R R R R R Z Y X Z Z Y Y X X B (2.13)

Figura 2.17 - Conceito básico do posicionamento relativo (adaptado de Hofmann-Wellenhof; Lichtenegger; Wasle (2007)).

Existem basicamente três modos de executar um posicionamento relativo:

S1 _S2 _S3 S4 2 1R R B R1 R2

− Posicionamento relativo estático;

− Posicionamento relativo estático rápido; e − Posicionamento relativo cinemático.

O posicionamento relativo cinemático por sua vez pode ser conduzido de várias formas e dependendo das técnicas usadas pode ser classificado como:

− Semicinemático;

− Cinemático pós-processado; − Cinemático em tempo real; e − Cinemático em redes.

No posicionamento relativo tanto as observações de código quanto as de fase da onda portadora podem ser utilizadas. Contudo, no levantamento de redes geodésicas que requerem alta precisão são empregadas as observações de fase da onda portadora e o método de posicionamento relativo estático.

Isto por que no posicionamento relativo estático rápido a precisão alcançada é de 1 a 5 ppm (parte por milhão), para linhas de base de até 10km e com ocupação de até 20 minutos, o que é indicado para casos onde se requer alta produtividade.

Enquanto a precisão que pode ser alcançada com posicionamento relativo estático é da ordem de 1 a 0,1 ppm, ou melhor (MONICO, 2008), sendo que a ocupação é maior que 20 minutos podendo perdurar por várias horas. Mas para redes geodésicas com linhas maiores que 15 km devem ser empregados receptores de dupla freqüência e um tratamento adequado dos erros envolvidos.

Um dos requisitos do método é que um dos pontos, envolvidos, possua coordenadas conhecidas. Até algum tempo atrás usuários do GNSS interessados em realizar posicionamento relativo necessitavam de no mínimo 2 receptores, sendo que um receptor ficaria imobilizado em um ponto tomado como estação de referência. Com o advento das redes de referência ativas, como é o caso da RBMC no Brasil, apenas 1 receptor é necessário para que os usuários de tal serviço possam realizar posicionamento relativo. Neste caso o sistema de referência utilizado na rede será introduzido na solução por meio das coordenadas das estações de referência.

2.5.5.2 Posicionamento relativo estático

Nesta técnica determinam-se as componentes dos vetores definidos pelas estações, na qual a observável normalmente usada é a DD da fase da onda portadora. Entretanto, pode-se utilizar a DD da pseudodistância, ou até mesmo a combinação entre ambas. Em termos de exatidão os melhores resultados são obtidos quando a fase da onda portadora é utilizada como observável fundamental, pois a precisão de medida desta é muito superior que a da pseudodistância.

O período de ocupação das estações é relativamente longo, podendo variar de 20 minutos a várias horas, sendo que, o tempo de ocupação aumenta à medida que aumenta a dimensão da linha de base que será determinada, isso conduz à sessões de coleta com observações superabundantes.

Como estações de referência podem ser utilizados marcos geodésicos com coordenadas conhecidas e determinadas em relação a um sistema de referência apropriado. Mas também podem ser utilizadas estações de uma rede de monitoramento continuo. No Brasil a principal rede que rastreia continuamente satélites GNSS é a RBMC. A seguir serão discutidas questões sobre sistemas e redes de referência utilizados no posicionamento com GNSS.

2.6 SISTEMAS E REDES DE REFERÊNCIA

A questão do referencial no monitoramento de deslocamentos e deformações pode ser considerada um dos fatores mais importantes deste assunto. Caso os pontos tomados como referência (referencial), não sejam estáveis, a determinação de coordenadas (e por conseqüência o vetor deslocamento) dos pontos monitorados no corpo da estrutura em estudo, estarão influenciados erroneamente por esta instabilidade, e quaisquer conclusões estarão prejudicadas.

Partindo destes princípios uma rede local de referência, para monitoramento de estruturas deve estar muito bem definida e materializada. A determinação e monitoramento das coordenadas das estações de referência desta rede devem estar

apoiadas em redes regionais externas à área de influência das estruturas. Por sua vez redes regionais devem ser monitoradas para acompanhar a estabilidade dos pontos e evolução temporal de suas coordenadas. O monitoramento de redes regionais normalmente está associado a uma rede mundial que para tanto tem suas coordenadas determinadas em um sistema global.

A determinação de deslocamentos em uma rede local pode ser realizada por métodos convencionais como trilateração e triangulação, ou por métodos modernos com o emprego do GNSS. Contudo, o monitoramento constante de uma rede regional e/ou global é praticamente impraticável sem o emprego de tecnologia GNSS.

Considerando que um GNSS proporciona posicionamento a nível global, o mesmo necessita para tanto de um referencial global de qualidade, e compatível com o nível de precisão que o sistema pode oferecer. Tal referencial deve ser adequadamente definido e devidamente realizado/materializado. Cada centro de pesquisa envolvido com a definição e realização dos referenciais dispõem de soluções específicas. A diversidade de soluções é interessante, pois apresentam características que permitem detectar possíveis erros nas soluções, garantindo a qualidade final. Por fim, faz-se necessário adotar uma solução única que é resultado da combinação destas várias soluções. A nível internacional o responsável por esta atividade é o IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service).

No posicionamento por satélites artificiais, os referenciais de interesse são geocêntricos, pois as órbitas desenvolvidas pelos satélites têm como origem o centro de massa da Terra. Logo, em termos de referenciais celeste e terrestre, o interesse é pelo GCRS (Geocentric Celestial Reference System) e ITRS (International Terrestrial

Reference System), respectivamente. Classicamente, a transformação do GCRS para o ITRS é efetuada usando uma seqüência de rotações que levam em consideração a precessão (P), a nutação (N), a rotação e orientação da Terra (S), incluindo o movimento do Polo. Porém, algumas modificações foram introduzidas nos modelos até então utilizados, com a introdução da resolução IAU 2000 (MONICO, 2004).