Maddenin Kuantlı Yapısı ve Geçişler

As redes GNSS de estações de referência RTK ocupam atualmente uma posição de destaque mundial na área de mensuração utilizando a tecnologia de navegação e posicionamento por satélites. Essa tendência se deve ao fato do desenvolvimento e modernização das tecnologias envolvidas para a construção dos satélites e receptores GNSS.

A motivação por trás da utilização de múltiplas estações de referência em uma rede para correções GPS é para modelar e corrigir erros dependentes das distâncias que reduzem a exatidão das posições através de RTK e DGPS convencionais em proporção da distância do

móvel para as estações de referência vizinhas. É importante lembrar que as fontes de erros mais significativas que afetam o posicionamento preciso do GPS são a ionosfera, a troposfera e a órbita dos satélites. Essas fontes de erros podem ser categorizadas em dois grupos: dispersiva e não dispersiva. A ionosfera é um erro dispersivo devido à magnitude da resultante desse erro estar diretamente relacionado ao alcance da freqüência do sinal (L1, L2, L5). A influência do erro da ionosfera nas diferentes freqüências da banda L utilizadas pelos sistemas de navegação por satélites está bem difundida. A ionosfera, que está sujeita a distúrbios rápidos e localizados, é a principal restrição para a densificação das estações de uma rede de referência. A troposfera e a órbita dos satélites são classificadas como não dispersivas devido ao fato de não serem dependentes da freqüência e terem um efeito igual em todo o alcance dos sinais pelos correntes sistemas de navegação global por satélites. Os propósitos da rede de referência são a modelagem e a estimativa dessas fontes de erros, proporcionando informação de correção no levantamento para usuários móveis para que então eles possam irradiar posições com melhor exatidão do que com o RTK convencional (LEICA, 2005).

O posicionamento preciso em tempo real com Redes RTK é um modo eficaz para a conexão de levantamentos cadastrais em um sistema de referência oficial e materializar pontos de controle locais para topógrafos usuários de Estações Totais. Se proteger o sinal não for de interesse, como em áreas rurais ou em alguma periferia urbana, o GPS também pode ser utilizado diretamente para levantamentos detalhados, como por exemplo, observações em divisas e objetos topográficos. Na tabela 2.3 são listadas as aplicações mais comuns em levantamentos topográficos e a indicação de métodos de levantamentos GPS rápidos e em tempo real. A Rede RTK está a mais vantajosa em praticamente todos os casos das aplicações, contanto que a máxima exatidão e confiabilidade não sejam requeridas. Obstruções de sinal devido às edificações, pontes, árvores, etc. ocorrem facilmente e frequentemente em levantamentos cadastrais e a combinação entre GPS e os métodos de levantamento convencionais é sempre essencial. O GPS individualmente nunca substitui completamente os instrumentos de geodésia terrestre. As locações de coordenadas utilizando o GPS é possível somente se o módulo de tempo real, isto é, os algoritmos de resolução de ambigüidade on-the-way (OTW) estiverem disponíveis. Então apenas uma checagem imediata no campo é possível. A opção OTW é também muito utilizada para levantamentos topográficos ou mapeamento para GIS, se um fluxo de dados para o computador de campo estiver estabelecido. Visualizando os objetos levantados sobre uma base de dados existente, áreas e objetos esquecidos são facilmente identificados. Erros grosseiros como pontos mal medidos são também rapidamente reconhecidos. Métodos em tempo real são apropriados também para transferência de cotas com exatidão sub-decimétrica. A

utilização de tipos de antenas idênticas nas estações da referência e do móvel ou a calibração das antenas é um pré-requisito. A instalação da antena incluindo a determinação da altura da antena necessita particular atenção. Para a melhor exatidão possível, observações GPS estáticas longas e extensivo pós-processamento são necessários. Com o GPS, apenas alturas elipsoidais geometricamente definidas e diferenças entre estes tipos de alturas podem ser determinadas. Para a derivação de alturas relativas ao campo gravitacional, é necessário um modelo geoidal preciso (WILLGALIS et al, 2002).

Tabela 2.3 (*) – Métodos de Posicionamento GPS para Aplicações típicas de Levantamento (■ bastante apropriado, □ parcialmente apropriado, × inapropriado)

Método de Levantamento Pós Processamento Tempo Real

Estático, Stop&Go RTK Rede RTK

Aplicação Rápido Estático Cinemático

Ponto de controle geodésico ■ □ × □

Densificação de rede ■ □ □ ■

Levantamento cadastral □ ■ ■ ■

Levantamento topográfico □ ■ ■ ■

Mapeamento c/ escala grande × □ □ ■

Levantamento de construções1 × × □ ■

Locação × × □ ■

1) em combinação com Estação Total

(*) Adaptada de Table 1: Suitable GPS positioning methods for typical surveying applications (WILLGALIS et al, 2002).

Para o funcionamento de uma rede de referência GNSS RTK padrão (vide exemplo de Rede GNSS RTK genérica ilustrada na Figura 2.11) é necessária a implantação de um sistema de controle e comunicação de dados composto pelos receptores GNSS das estações das bases de referência e do(s) móvel (is) com microprocessadores dotados de capacidade de processamento das coordenadas em tempo real RTK, um link de comunicação de dados que pode ser um radio-

modem ou um telefone celular dotado de modem (CDMA, GPRS, GSM, TDMA, etc.) ou ainda

uma combinação entre esses dois tipos de dispositivos, que enviam instantaneamente as correções diferenciais para os equipamentos GNSS móveis e também um computador (ou servidor) equipado com dispositivo de link de comunicação e um software gerenciador que opera como centro de monitoramento, controle, correção e distribuição dos dados.

Figura 2.11 - Rede de Estações GNSS RTK Fonte: Leica Geosystems AG (2005)

Uma variação da composição de uma rede GNSS RTK padrão é a capacidade de comunicação de dados via Internet (NTRIP ou TCP/IP) ou qualquer outro método baseado em IP (LAN, WAN, WLAN, Intranet e Radio IP, etc.) (vide Figura 2.12).

Figura 2.12 – Rede de Estações GNSS RTK via Internet Fonte: Leica (2005)

Quando está recebendo dados no padrão RTK de uma estação de referência, um móvel RTK pode usualmente operar com sucesso (i.e. resolver as ambigüidades) até distâncias de aproximadamente 30 km em condições favoráveis. Em algumas regiões do planeta, onde condições para o RTK são freqüentemente boas, às vezes distâncias de até 40 km ou mais podem ser alcançadas. Em outras áreas, especialmente durante a tarde e em períodos de atividade

ionosférica alta, a máxima distância para o RTK pode ser reduzida significativamente. A exatidão do RTK é normalmente da ordem de aproximadamente 10 mm + 1 ppm media quadrática. Assim as exatidões posicionais que podem ser esperadas são aproximadamente como a seguir:

• Para 1 km: 10 mm + 1 mm = 11 mm rms • Para 10 km: 10 mm +10 mm = 20 mm rms • Para 30 km: 10 mm + 30 mm = 40 mm rms

Se as medições RTK pudessem ser realizadas em um ambiente absolutamente perfeito, não haveria nenhuma componente da exatidão do ppm e nenhum limite para a distância. Infelizmente, todavia, o ambiente nunca é perfeito e também se modifica constantemente. Várias influências, particularmente aquelas relacionadas com os atrasos ionosféricos e troposféricos e órbitas dos satélites, lideram os erros dependentes da distância e restringem o alcance com que o móvel pode resolver as ambigüidades. Segue que se os erros dependentes da distância dentro da rede puderem ser modelados com um grau razoável de sucesso e as correções apropriadas puderem ser computadas e aplicadas, a exatidão e o alcance do RTK podem ser melhorados (LEICA, 2005).

Algumas possibilidades de aplicações para redes de referência GNSS em tempo real estão apresentadas na Tabela 2.1 e na Figura 2.13.

Figura 2.13 – Aplicações para as Redes de Estações GNSS RTK via Internet Fonte: Leica (2005)