Aveiro 2002.12.5-6 1

Sistemas de Referência Sistemas de Referência Europeus:Europeus:

Helena Cristina Ribeiro, Eng.ª. Geógrafo, IGP

Jorge Teixeira Pinto, Eng.º. Geógrafo, IGP

III Congresso Nacional de Cartografia e Geodesia Aveiro 2002

ETRS89 e EVRSETRS89 e EVRS

Aveiro 2002.12.5-6 2

A necessidade de dotar a Europa de um sistema

geodésico de referência único para todo o espaço

Europeu não é de hoje.

Alguns projectos precursores:Alguns projectos precursores:

Comissão Geodésica do Báltico (entre guerras);

European Datum 1950, ED50. Pós-guerra. Ainda

hoje utilizado;

Retrig: European Datum 1979, ED79;

Retrig: European Datum 1987, ED87 (consagrado

em Lisboa).

Sistemas PrecursoresSistemas Precursores

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Algumas características desses Sistemas:- Clássicos 2D (planimetria);

- Redes Nacionais formando blocos estanques;

- Ajustamento dos Blocos Nacionais por blocos de Helmert;

- Problemas de escala e de orientação de difícil

modelação;

- Datum excêntrico: primeiro em Potsdam, depois em

Munique;

- Ondulações do Geóide e desvios da vertical elevados nos

extremos da rede (Portugal, p.ex.)

Sistemas PrecursoresSistemas Precursores

Aveiro 2002.12.5-6 4

A par da necessidade de construir um sistema único

para a “superfície” Europeia, a unificação da altimetria

foi/é também uma preocupação maior.

A Unified European Leveling Network, UELN, A Unified European Leveling Network, UELN,

desempenhou um papel pioneiro na tentativa de:desempenhou um papel pioneiro na tentativa de:

- sistematizar a informação altimétrica sistematizar a informação altimétrica

disponibilizada por cada país membro;disponibilizada por cada país membro;

- promover mais, e melhores, ligações fronteiriças promover mais, e melhores, ligações fronteiriças

das redes nacionais.das redes nacionais.

Sistemas PrecursoresSistemas Precursores

Aveiro 2002.12.5-6 5

As técnicas espaciais como o VLBI, SLR e LLR, mais o As técnicas espaciais como o VLBI, SLR e LLR, mais o

GPS e similares (GLONASS) permitem no início dos anos GPS e similares (GLONASS) permitem no início dos anos

setenta estabelecer os primeiros Sistemas Convencionais setenta estabelecer os primeiros Sistemas Convencionais

Terrestres.Terrestres.

Algumas características dos CTS:Algumas características dos CTS:

Globais;Globais;

Geocêntricos;Geocêntricos;

Relação com os CIS Relação com os CIS

(Sistemas Convencionais Inerciais) bem estabelecida(Sistemas Convencionais Inerciais) bem estabelecida ..

Sistemas Convencionais Sistemas Convencionais TerrestresTerrestres

CIOCIO

GreenwichGreenwich

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O Defense Mapping Agency, DMA, dos EUA O Defense Mapping Agency, DMA, dos EUA

estabelece em 1984 um CTS para referenciar os estabelece em 1984 um CTS para referenciar os

satélites GPS. É o World Geodetic System 1984.satélites GPS. É o World Geodetic System 1984.

O WGS84 sucede ao WGS72 que estava ligado aos O WGS84 sucede ao WGS72 que estava ligado aos

satélites do sistema Transit.satélites do sistema Transit.

O segmento de Controlo do sistema NAVSTAR/GPS O segmento de Controlo do sistema NAVSTAR/GPS

assenta numa Rede de Estações Permanentes assenta numa Rede de Estações Permanentes

estrategicamente situadas ao longo do Globo (ao longo estrategicamente situadas ao longo do Globo (ao longo

do Equador). do Equador).

WGS84 e NAVSTAR/GPSWGS84 e NAVSTAR/GPS

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O International GPS Service promove o O International GPS Service promove o

estabelecimento de uma rede mundial de Estações estabelecimento de uma rede mundial de Estações

Permanentes civil;Permanentes civil;

Promove o cálculo de órbitas de precisão;Promove o cálculo de órbitas de precisão;

Promove, conjuntamente com o IERS, a criação dos Promove, conjuntamente com o IERS, a criação dos

International Terrestrial Reference Frame;International Terrestrial Reference Frame;

Promove o cálculo das coordenadas XYZ+velocidade Promove o cálculo das coordenadas XYZ+velocidade

dessas estações nesse Referencial.dessas estações nesse Referencial.

IGSIGS

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Estações IGS Cobertura do Globo

Aveiro 2002.12.5-6 9

As EP situam-se na crosta. A crosta terrestre está

fragmentada em placas. As placas movem-se. As

EP mudam de coordenadas ao longo do tempo.

Os NUVEL são modelos de tectónica de placas que

permitem estabelecer velocidades para as placas.

As observações nas EP contribuem para melhorar o

conhecimento das Placas e dos seus Movimentos.

NUVEL NUVEL

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Placas e Movimento de Placas e Movimento de PlacasPlacas

Aveiro 2002.12.5-6 11

A EUREF, European Reference Frame, é uma sub-

comissão para a Europa da comissão X da AIG, que

sucedeu em 1987 à Retrig.

O objectivo da Euref é o estabelecimento e manutenção

de um referencial Europeu, usando: uma rede de estações GPS permanentes - EPN

uma rede Geodésica Europeia de alta precisão, composta por

estações de referência resultantes de várias campanhas GPS.

A determinação da rede Vertical Europeia (UELN-Unified

European Levelling Network/EVS-European Vertical System) e

sua integração na EUVN (European Vertical GPS Reference

Network)

EUREFEUREF

Aveiro 2002.12.5-6 12

Em 1989 a EUREF promoveu uma campanha Europeia

de Observação GPS, simultânea, por toda a Europa.

Em Portugal estacionaram-se dois Vértices Geodésicos

de 1ª Ordem da RGN: O Poldra e o Caramulo.

Em 1989 muitos dos países Europeus não dispunham

ainda de EP. Era o caso de Portugal.

O país fica assim, mal, ligado ao ETRS89.

ETRS89ETRS89

Mas afinal o que é o ETRS89 ETRS89 ?

Aveiro 2002.12.5-6 13

Definition:Definition: – The IAG Subcommision for the European The IAG Subcommision for the European

Reference Frame Reference Frame (EUREF) , following its , following its Resolution 1 adopted in Firenze meeting in 1990, Resolution 1 adopted in Firenze meeting in 1990, recommends that the terrestrial reference system recommends that the terrestrial reference system to be adopted by EUREF will be coincident with to be adopted by EUREF will be coincident with ITRS at the epoch at the epoch 1989.01989.0 and fixed to the stable and fixed to the stable part of the Eurasian Plate. It will be named part of the Eurasian Plate. It will be named European Terrestrial Reference System 89 European Terrestrial Reference System 89 ((ETRS89ETRS89).).

EUROPEAN TERRESTRIAL EUROPEAN TERRESTRIAL REFERENCE SYSTEM 89 (ETRS89)REFERENCE SYSTEM 89 (ETRS89)

O ETRS89 é fixo no Tempo.

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Realization Following its definition, ETRS89 could be realised

through several ways, and specifically: using ITRS realisations: for each frame labelled ITRFyy a

corresponding frame in ETRS89 can be computed and labelled ETRFyy.The following ETRF solutions are presently available:

ETRF89 ; ETRF90; ETRF91; ETRF92; ETRF93; ETRF94; ETRF96

ETRF97; ETRF2000 positioning with GPS measurements of a campaign or

permanent stations: using recent ITRFyy station coordinates and IGS precise ephemerides following the procedure described in (Boucher and Altamimi, 2001): Postscript version, PDF version.

EUROPEAN TERRESTRIAL REFERENCE EUROPEAN TERRESTRIAL REFERENCE SYSTEM 89 (ETRS89)SYSTEM 89 (ETRS89)

Aveiro 2002.12.5-6 17

Poldra e Caramulo são insuficientes para:

– Garantir uma boa ligação ao ETRS89;

– Permitir uma boa articulação - cálculo de

parâmetros de transformação- com os sistemas

Geodésicos Nacionais: o Datum Lisboa e o Datum

1973.

– Em 1995 lançou-se a campanha IBERIA95IBERIA95 para

adensar a rede geocêntrica portuguesa e melhorar

a sua precisão.

ETRS89 em PortugalETRS89 em Portugal

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Objectivos:– adensar a rede Ibérica de estações ETRS89ETRS89;

– homogeneizar as redes Portuguesa e Espanhola;

– melhorar a precisão das coordenadas;

– melhorar a ligação aos sistemas nacionais clássicos (para Espanha e para Portugal)

Dois anos depois desta campanha a DS de Geodesia do ex-IPCC envolveu-se numa outra grande campanha internacional, esta a nível Europeu: a EUVN97

IBERIA95IBERIA95

Aveiro 2002.12.5-6 19

Objectivos do European Vertical Network 1997:

– Estabelecer relações fiáveis nos nós fronteiriços e junto aos marégrafos entre a altimetria clássica e a Elipsoidal ETRS89ETRS89;

– Melhorar a precisão das coordenadas a obter;

– Incrementar o nº de estações Nacionais com coordenadas fiáveis em ETRS89ETRS89.

EUVN97EUVN97

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As campanhas atrás referidas(1989; IBERIA95 e EUVN97) permitiram obter um conjunto de estações nacionais com coordenadas ETRS89 fiáveis, formando o

Materialização do ETRS89 em Materialização do ETRS89 em PortugalPortugal

Referencial NacionalReferencial NacionalETRS89 de Ordem ZeroETRS89 de Ordem Zero

Aveiro 2002.12.5-6 21

A DS de Geodesia do ex-IPCC observou A DS de Geodesia do ex-IPCC observou nos anos de 1997 e 1998 toda a rede de nos anos de 1997 e 1998 toda a rede de 1ª Ordem da RGN com GPS.1ª Ordem da RGN com GPS.

Em 1999 ajustou-se toda essa Rede, Em 1999 ajustou-se toda essa Rede, incluindo as EP então existentes em incluindo as EP então existentes em ITRF96ITRF96

Em 2000/2001 recalcularam-se todos Em 2000/2001 recalcularam-se todos os vectores GPS e ajustou-se toda a os vectores GPS e ajustou-se toda a Rede de 1ª Ordem em ETRS89Rede de 1ª Ordem em ETRS89

MaterializaçãoMaterialização do ETRS89 do ETRS89 em Portugal (2)em Portugal (2)

Aveiro 2002.12.5-6 22

Ajustamento Ajustamento da Rede de 1ª da Rede de 1ª

Ordem emOrdem emETRS89ETRS89

Precisão:

Planimétrica= 3 cm

Altimétrica= 3 cm

Aveiro 2002.12.5-6 23

Parâmetros de Parâmetros de TransformaçãoTransformação

Bursa-WolfBursa-Wolf

ETRS89 ETRS89 Data Locais Data Locais

unidade:metros, segundos de arco e ppm

ETRS89 ->DLx E.M.Q

Dx 282.086 13.546

Dy 72.188 34.791

Dz -119.953 12.722

Rot X -1.529 0.776

Rot y 0.145 0.438

Rot Z -0.890 0.916

F. Escala (ppm) 4.450 1.918

ETRS89 ->D73 E.M.Q

Dx 231.034 4.337

Dy -102.615 10.466

Dz -26.836 3.981

Rot X 0.615 0.233

Rot y -0.198 0.142

Rot Z 0.881 0.277

F. Escala (ppm) -1.786 0.591

Aveiro 2002.12.5-6 24

European Vertical Reference European Vertical Reference System (EVRS)System (EVRS)

As altitudes associadas ao ETRS89,sistema (quasi) Geocêntrico são

Altitudes ElipsóidaisAltitudes Elipsóidais

Que fazer com os diversos Sistemas de Altitudes

OrtométricasOrtométricas e NormaisNormais de cada País Europeu?

•Conceber um Sistema Altimétrico único e válido para toda a Europa;•Calcular parâmetros de transformação desse Sistema para cada Sistema Nacional.

Aveiro 2002.12.5-6 25

Altitudes mais utilizadas na Europa:

Ortométricas Ortométricas (Portugal, (Portugal, Espanha,Suiça...)Espanha,Suiça...)

Normais Normais (França,Alemanha,.(França,Alemanha,.....

Normais-Normais-Ortométricas(AustriOrtométricas(Austria,Noruega,…)a,Noruega,…)

EVRSEVRS

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European Vertical Reference European Vertical Reference System (EVRS)System (EVRS)

CaracterizaçãoCaracterização– Datum:”Normaal Amsterdams Peil” (NAP)Datum:”Normaal Amsterdams Peil” (NAP)– ““gravity potencial differences with respect to gravity potencial differences with respect to

NAP or equivalent NAP or equivalent normal heightsnormal heights””

O EVRS é obtido pelos valores GeopotenciaisO EVRS é obtido pelos valores Geopotenciais

e as e as altitudes normaisaltitudes normais dos pontos nodais das dos pontos nodais das redes redes

EUVN+UELN95/98EUVN+UELN95/98 em relação ao NAP com a em relação ao NAP com a

designação designação EVRF2000EVRF2000..

Porquê Altitudes Normais e não Ortométricas?

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European Vertical Reference European Vertical Reference System (EVRS)System (EVRS)

C - cota geopotencial;C - cota geopotencial;

g’ - gravidade média (g’ - gravidade média (estimadaestimada) entre o ponto ) entre o ponto no terreno e o geóide;no terreno e o geóide;

’’ - gravidade média (calculada) entre o ponto P’ - gravidade média (calculada) entre o ponto P’ da vertical de P com potencial Normal igual ao da vertical de P com potencial Normal igual ao Potencial de P, e o elipsóide equipotencial;Potencial de P, e o elipsóide equipotencial;

teórica, entra com latitudes em ETRS89teórica, entra com latitudes em ETRS89

Altitudes Normais, N, e Ortométricas, H

N=C/’ H = C/g’ (H=C/g+0,0424H)

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European Vertical Reference European Vertical Reference System (EVRS)System (EVRS)

Altitudes Normais (Molodensky)Altitudes Normais (Molodensky)Prós:Prós:– não se assume uma densidade para o terreno não se assume uma densidade para o terreno

abaixo de nós para estimar o valor médio de g.abaixo de nós para estimar o valor médio de g.– O valor médio de O valor médio de é calculado por aplicação de é calculado por aplicação de

fórmulas rigorosas.fórmulas rigorosas.

Contras:Contras:– em certas situações a Altitude Normal pode em certas situações a Altitude Normal pode

afastar-se significativamente da Ortométrica.afastar-se significativamente da Ortométrica.

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EVRS

Diferenças Diferenças entre o entre o EVRF2000 e EVRF2000 e os Sistema os Sistema Nacionais. Nacionais.

Unidades: Unidades: cmcm

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ConclusõesConclusões• Actualmente, temos a rede de 1ª ordem, e Actualmente, temos a rede de 1ª ordem, e

40% da rede de 2ª Ordem observada com 40% da rede de 2ª Ordem observada com GPS e com coordenadas GPS e com coordenadas ETRS89ETRS89, , permitindo uma fácil integração da nossa permitindo uma fácil integração da nossa rede com as congéneres Europeias.rede com as congéneres Europeias.

• Temos 3 EP GPS pertencentes à Rede EurefTemos 3 EP GPS pertencentes à Rede Euref• 1 Estação IGS (Ponta Delgada)1 Estação IGS (Ponta Delgada)• A nível do EVRS, ainda não temos as A nível do EVRS, ainda não temos as

altitudes Normais calculadas. Os pontos de altitudes Normais calculadas. Os pontos de ligação são os 5 pontos da rede EUVN.ligação são os 5 pontos da rede EUVN.