FAPESP PIPE Projeto Inovativo para Pequenas e Médias...

FAPESP

PIPE – Projeto Inovativo para Pequenas e Médias Empresas

GPS AGRIMENSORA EIRELI – EPP

REDE RTK no suporte ao Georreferenciamento de imóveis rurais e

posicionamento em geral.

Relatório Científico Final

Processo 2016/ 07748- 9

SÃO PAULO

2017

ÍNDICE DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1- Diferença RTK Tradicional e NRTK. .......................................................... 8 Figura 2 - Esquema NRTK. ........................................................................................... 9 Figura 3 - Fluxo de trabalho do software GNSMART. ............................................ 10 Figura 4 - Esquema de visualização do usuário GNSMART. .................................. 10

Figura 5 - Conceito da operação NRTK. .................................................................... 11 Figura 6 - Modelos para geração de NRTK. .............................................................. 12 Figura 7 - Modelo NRTK – MAC. .............................................................................. 13 Figura 8 - Erros modelados no SSM ........................................................................... 18 Figura 9 - Parâmetros configuráveis no GNNET ...................................................... 19

Figura 10 - Parâmetros configuráveis no GNNET para SSM .................................. 19

Figura 11 - Principio do OSR ...................................................................................... 21 Figura 12 - Principio SSR ............................................................................................ 21

Figura 13 - SSR atual e futuro ..................................................................................... 22 Figura 14 - GNNET - SSR ........................................................................................... 23 Figura 15 - Definido gravação do SSR........................................................................ 25 Figura 16 - Dado gravado no servidor - SSR ............................................................. 25 Figura 17 - Arquivo SOL ............................................................................................. 26

Figura 18 - Aplicativo SSR2RX ................................................................................... 26

Figura 19 - Configuração GNWEB ............................................................................. 27 Figura 20 - Acessando via Web ................................................................................... 27 Figura 21 - Dados RINEX ERA .................................................................................. 28

Figura 22 - Gerando RINEX Virtual .......................................................................... 29

Figura 23 - RINEX Virtual gerado GNWEB ............................................................. 29 Figura 24 - Pilar sem robustez e obstrução ................................................................ 31 Figura 25 - Pilar sem robustez - refeito ...................................................................... 31

Figura 26 - Antenas Choke Ring compradas ............................................................... 32 Figura 27 – Diferenças Centro de fase Antena GNSS ............................................... 33

Figura 28 – Robô – Calibração Absoluta ................................................................... 33 Figura 29 - início da Calibração .................................................................................. 34 Figura 30 - Arquivo bat de inserção da ERA ao GNNET - CEGAT ....................... 34

Figura 31 - Exemplo arquivo de calibração da Antena ............................................ 34 Figura 32 - Resultado da Calibração da Antena ....................................................... 35

Figura 33 - Interface e opções do EAR PLOT ........................................................... 38

Figura 34 - Parâmetros e comandos usados ............................................................... 38 Figura 35 - Gráfico Ideal de rastreamento de uma ERA .......................................... 39 Figura 36 - Estrutura das ondas portadoras GNSS .................................................. 43

Figura 37 - Receptor GNSS SC200 Stonex usado na ERA SPAB ............................ 45 Figura 38 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 46 Figura 39 - Receptor Z-MAX ...................................................................................... 47 Figura 40 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 47 Figura 41 - Receptor HEMISPHERE ......................................................................... 48

Figura 42 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 49 Figura 43 - Receptor Z-MAX. ..................................................................................... 50 Figura 44 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 50

Figura 45 - Receptor Z-MAX. ..................................................................................... 51 Figura 46 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 52 Figura 47 - PROFLEX 500 .......................................................................................... 53 Figura 48 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 53

Figura 49 - Receptor Z-MAX ...................................................................................... 54

Figura 50 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 54 Figura 51 - Receptor SC200. ........................................................................................ 55 Figura 52 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 56 Figura 53 - Receptor PROFLEX 500. ......................................................................... 57

Figura 54 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 58 Figura 55 - Receptor SC200. ........................................................................................ 59 Figura 56 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 60 Figura 57 - Receptor SC200. ........................................................................................ 61 Figura 58 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 61

Figura 59 - Receptor Z-MAX ...................................................................................... 62 Figura 60 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 63 Figura 61 - Receptor PROFLEX 500. ......................................................................... 64

Figura 62 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 64 Figura 63 - Receptor PROFLEX 500. ......................................................................... 65 Figura 64 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 66 Figura 65 - Receptor PROFLEX 800 SPSP. .............................................................. 67

Figura 66 - Estrutura antiga e nova da ERA ............................................................. 67 Figura 67-Imagem ilustrativa do Dell PowerEdge 1900 ........................................... 68 Figura 68-Acesso GNWEB com erro de plug-in Java ............................................... 70 Figura 69-Servidor Dell PowerEdge R230 ................................................................. 70

Figura 70-Gerador de energia ..................................................................................... 71 Figura 71-Acesso ao novo GNWEB ............................................................................ 72

Figura 72 - Interface do GNWEB para cálculo do RINEX Virtual. ........................ 73

Figura 73 - Processamento do RINEX Virtual no IBGE .......................................... 74

Figura 74 - Coleta de Dados em Campo. .................................................................... 75 Figura 75 - Processamento Utilizando a ERA de Lins / SP. ..................................... 76

Figura 76 - Processamento Utilizando o Arquivo RINEX Virtual .......................... 77 Figura 77 - Localização Ponto IBGE SAT 91750 ...................................................... 78 Figura 78 - Monografia Ponto IBGE SAT 91750 ...................................................... 78

Figura 79 - Processamento do RINEX Virtual criado. ............................................. 79

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Etapa de Aquisição de equipamentos ....................................................... 44

Tabela 2 - Etapas executiva do projeto ....................................................................... 44 Tabela 3 - Informações ERA Águas de Santa Bárbara ............................................ 46 Tabela 4 -Informações ERA Assis ............................................................................... 48 Tabela 5 - Informações ERA Barretos ....................................................................... 49 Tabela 6 - Informações ERA Bauru ........................................................................... 51

Tabela 7 - Informações ERA Itaí ................................................................................ 52 Tabela 8 - Informação ERA Itápolis. .......................................................................... 53 Tabela 9 - Informações ERA SPJL ............................................................................. 55

Tabela 10 - Informações ERA Jau .............................................................................. 56 Tabela 11 - Informações ERA Limeira....................................................................... 58 Tabela 12 - Informações ERA SPL1 ........................................................................... 60 Tabela 13 - Informações ERA SPMA. ........................................................................ 62

Tabela 14 - Informações ERA SPPA. ......................................................................... 63 Tabela 15 - Informações ERA SPPC. ......................................................................... 65 Tabela 16 - Informações da ERA SPRI ...................................................................... 66 Tabela 17 - Informações ERA SPSP. .......................................................................... 68

Tabela 18 - Coordenadas de Referência das ERA. .................................................... 73 Tabela 19 - Coordenadas calculadas no PPP-IBGE. ................................................. 74

Tabela 20 - Comparando Coordenadas ...................................................................... 75

Tabela 21 - Resultados do Processamento com Referência ERA (SPL10). ............. 76

Tabela 22 - Resultados do Processamento com Referência RINEX Virtual ........... 77 Tabela 23 - Diferença entre os processamentos (ERA x RINEX Virtual). .............. 77

Tabela 24 - Diferença entre os processamentos (SAT/IBGE x RINEX Virtual). ... 79 Tabela 25 - Diferença entre os processamentos (SAT/IBGE x RINEX Virtual). ... 79

SUMÁRIO

1 RESUMO ................................................................................................................. 6

2 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 7

3 OBJETIVOS ......................................................................................................... 15

4 FUNDAMENTAÇÃO TEORICA ....................................................................... 16

4.1 SSR - Representação espacial do estado ...................................................... 16

4.2 O que é RINEX virtual ....................................................................................... 23

4.2 Calibração absoluta de Antena Geodésica. ...................................................... 30

4.3 GRS ANALYSE - EAR PLOT ..................................................................... 36

4.4 O que é e porque eliminar o L2C: ................................................................ 39

5 CRONOGRAMA EXECUÇÃO .......................................................................... 44

5.1 Apresentação das ERAs antes e depois das implementações ..................... 45

5.2 Instalação e Implementação do GERADOR, novo servidor e novo GNWEB 68

6. VALIDAÇÃO DOS RESULTADOS .................................................................. 72

7. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 80

8. REFERENCIAS ................................................................................................... 82

ANEXO 1 – GRÁFICOS DE CALIBRAÇÃO DAS ANTENAS CHOKE RING .... 84

ANEXO 2 – GRÁFICOS DE RESÍDUOS DAS ANTENAS CHOKE RING ........ 100

6

1 RESUMO

O projeto teve como objetivo resolver todos os problemas relacionados a

infraestrutura e adequações das ERAs (Estações de Referência Ativas) e do serviço de

NRTK (Network Real Time Kinematic- RTK em REDE) do CEGAT (Centro Geodésico

da Alezi Teodolini) tendo como premissa a geração de dados brutos de RINEX Virtual

de alta precisão e confiabilidade para qualquer posição, dia e período dentro da área de

cobertura deste e assim transformar o CEGAT em um provedor de dados de alta precisão

para dar suporte aos profissionais e empresas que prestam serviço de

Georreferenciamento de imóveis rurais no estado de São Paulo. O Georreferenciamento

de imóveis rurais visa garantir ao proprietário confiabilidade na geometria descritiva do

imóvel rural de forma a dirimir conflitos decorrentes de sobreposição ou divergência entre

limites, entre sua propriedade e imóveis lindeiros. A metodologia empregada é baseada

na obrigatoriedade, lei 10267/01, e na Norma Técnica Para Georreferenciamento de

Imóveis Rurais, elaborada pelo INCRA que especifica que todos os dados devem estar

amarrados ao Sistema Geodésico Brasileiro (SGB).

A escolha de desenvolver esta nova metodologia aplicada ao

Georreferenciamento e posicionamento em geral se justifica devido ao fato do Brasil ser

o quinto maior país em extensão territorial e possuir apenas 31.026 imóveis rurais

certificados até meados de outubro de 2011, isso corresponde a uma área de 835.387,18

km2 e quando comparado com a área rural total do território nacional que é de

8.493.592,099 km2 constata-se que somente 9,84% desse total já foram delimitadas

(GREGORIO e DALFORNO, 2012).

Em 2010, o INCRA tentou implantar esta metodologia aos seus trabalhos e na

conferência dos trabalhos entregues por outros profissionais. Na época foram adquiridos

vários receptores GNSS para ser utilizados como ERAs e o software de gestão de REDE

GNSS GNSMART, tendo como objetivo prover os dados de RINEX Virtual para toda a

sua REDE denominada RIBaC (Rede Incra de Bases Comunitárias do GNSS -

http://ribac.incra.gov.br/), mas devido à grande distância entre as ERAs envolvidas e por

problemas relacionados a transmissão em tempo real dos dados GNSS das ERAs para o

servidor o projeto fracassou.

Através do uso do NRTK do CEGAT, a primeira etapa do Georreferenciamento

seria extinta, pois não haveria mais a necessidade de uma referência conhecida ou a

realização do transporte de coordenadas, uma vez que o usuário poderá criar uma base

http://ribac.incra.gov.br/

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virtual georreferenciada e amarrada ao SGB em qualquer localidade da REDE GNSS do

CEGAT. Pois os mesmos dados provenientes do NRTK que são usados em tempo real

são gravados no servidor Central e, a partir destes, é possível criar um arquivo de dados

brutos GNSS, RINEX Virtual, para ser utilizado como se fosse um receptor "Base" para

a correção dos dados levantados por um receptor móvel que gravou dados brutos. A

proposta, então, do CEGAT, em relação a trabalhos de Georreferenciamento de Imóveis

Rurais lei 10267/01, é prover dados RINEX para qualquer posição dentro da área de

cobertura da NRTK.

2 INTRODUÇÃO

O CEGAT é formado por 39 estações de referência GNSS espalhadas pelo

estado de São Paulo e sul de Minas Gerais, sua configuração foi desenhada de uma forma

a recobrir todo o Estado de São Paulo. Todas estações possuem conexões de rede e

coletam dados durante 24hr/dia, sete dias por semana.

O serviço de NRTK do CEGAT foi idealizado com o intuito de disponibilizar

solução e facilitar o trabalho de campo dos profissionais e empresas da área de

agrimensura e cartografia. O NRTK é uma técnica que surgiu a partir da concepção do

NTRIP, que nada mais é que a transmissão de mensagens RTCM (Radio Technical

Comittee for Maritime Service) via um protocolo de internet (IP).

O NRTK é baseado no uso de dados de uma rede de ERAs GNSS a qual

possibilita uma alta disponibilidade de dados com uma elevada densidade de

informações, o que permite alta acurácia e confiabilidade do serviço. Dispondo dos dados

de uma rede de ERAs é definido uma técnica adequada para a manipulação, tratamento e

utilização destes dados. Quando compara o NRTK com o método tradicional RTK

(simples estação) é possível notar algumas diferenças, a mais forte e perceptível é relativa

a precisão no levantamento, pois no NRTK a precisão final não leva em consideração a

distância da linha base formada entre Base e Móvel, já na técnica RTK simples estação a

precisão final é derivada do vetor de comprimento formado entre a base e o móvel, ou

seja, quanto mais longe estiver da base maior será seu erro no posicionamento (Figura 1).

Além disso no NRTK os efeitos relativos na atmosfera são tratados de forma a eliminar

esta influência da correção gerada.

8

Figura 1- Diferença RTK Tradicional e NRTK.

Um dos conceitos NRTK mais populares é a Estação de Referência Virtual

(VRS), que foi introduzido pela primeira vez no Serviço de Posicionamento por Satélite

da rede de estações de referência alemã do Instituto Nacional da Alemanha (German

National Survey). (SAPOS). A ideia básica do conceito de VRS é gerar nas proximidades

do usuário, os dados de uma estação GNSS que fisicamente não existe, mas que se

aproximem o máximo possível dos dados de uma estação real situada no mesmo local

(Zhang & Roberts, 2003; Retscher, 2002; Higgins, 2001; Alves, 2008; Alves et al.,2007).

O funcionamento do NRTK se dá da seguinte maneira: os dados das ERAS são

enviados para um computador de controle central via rede de comunicação (internet).

Este Servidor central é equipado com software apropriado, que ao receber os dados de

todas as ERAS, armazena-os, analisam as ondas portadoras L1 e L2, aplicando modelos

para a minimização de efeitos de ionosfera e de troposfera, utiliza as efemérides precisas

em tempo real (IGU) com o intuito de calcular as ambiguidades inteiras, evitando a

contaminação por qualquer erro sistemático contido em um levantamento GNSS. Enfim,

conforme a Figura 2 o software utiliza estas informações das ERA para modelar a

troposfera e ionofesra e gerar as correções NRTK para serem utilizadas na área de

abrangência da REDE.

9

Figura 2 - Esquema NRTK.

Os serviços disponibilizados pelo CEGAT contemplam tanto os métodos de

posicionamento baseado na técnica RTK quanto os métodos Pós-processado (PP).

Através do uso do CEGAT é possível realizar levantamento GNSS de alta precisão

utilizando apenas um receptor GNSS. Dentre os vários softwares de rede disponível no

mercado, o escolhido para gerir as estações de referência (ERA) e o serviço CEGAT foi

o software GNSMART da fabricante alemã Geo++. A escolha deste software foi realizada

por este não ter vínculo com nenhuma marca de equipamento GNSS e permitir gerir e

trabalhar com dados nativos de todas as marcas encontradas no mercado.

O nome do software é derivado das siglas/palavras GNSS (Global Navigation

Satellite System) e SMART (State Monitoring And Representation Technique) que juntos

significa GNSMART (Implementation of GNSS-SMART system), portanto GNSMART é

um software que possui a técnica de monitoramento e representação de Estado das

observações GNSS. O GNSMART é um gestor de ERA, que fornece serviço NRTK e

PP, cobrindo a área do serviço com disponibilidade homogênea, confiabilidade e

precisão. Este permite a determinação da posição (RTK), em todo o instante, em todo

lugar, em tempo real, independentemente do tempo e sem limitações da quantidade de

usuários. Na sequência a Figura 3, ilustra o fluxo de trabalho do software GNSMART.

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Figura 3 - Fluxo de trabalho do software GNSMART.

As operações DGNSS (Diferential GNSS – Diferencial GNSS) utilizadas pelo

software GNSMART é realizada da seguinte maneira: na ERA ele captura as observações

de pseudodistancia dos satélites (código ou código + fase da portadora) com isso é

computada as correções de pseudodistancia (denominado pelo software de PRC) e estes

dados (PRC) são transmitidos para os receptores moveis dos usuários. No receptor móvel

é observado as pseudodistancias dos satélites, este recebe as correções de pseudodistancia

(PRC) e a posição é calculada com as correções de pseudodistancia (PRC) que foi

recebida. Na Figura 4 é representado um esquema de visualização do usuário utilizando

o GNSMART

Figura 4 - Esquema de visualização do usuário GNSMART.

As tarefas executadas na REDE pelo GNSMART são: monitoramento e

representação de estado, na primeira etapa é realizada a resolução de ambiguidade da fase

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portadora dentro da rede e modelagem dos erros dependentes da distância, que leva em

consideração o número mínimo (densidade) de ERAs e os erros dependentes de distância

que não necessita da resolução da ambiguidade. Na segunda etapa que é a representação

do estado, o objetivo é representar as informações de rede para o usuário que levará em

consideração os erros dependentes da distancia e os erros dependentes da ERA mais

próxima.

Para a geração da correção NRTK o software GNSMART consegue modelar os

erros dependentes da distância das seguintes formas:

I. As correções são individualizadas para a VRS;

II. As correções são individualizadas ,para a PRS (Pseudo Reference Station);

III. As correções são individualizadas para a posição de referência mantida

(MAC).

IV. Saída de FKP (cálculo individualizado por rover)

V. Saída de MAC (cálculo individualizado por rover)

VI. Saída de informações espaciais estaduais (descrição geral de erros

sistemáticos).

A Figura 5 é a representação do conceito de operação do NRTK, com os três

modelos e correção para o Servidor GNSMART.

Figura 5 - Conceito da operação NRTK.

Nos modelos 1 e 3, a individualização normalmente é realizada no servidor

central do GNSMART usando o módulo RTCM_OUT. Para que isso funcione, é

necessário que a posição aproximada do receptor móvel seja enviada para o servidor. A

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comunicação entre receptor móvel e servidor é feito por un link biredicional entre ambos.

As diferenças entre os modelos 1, 2 e 3 consistem principalmente em qual posição da

estação de referência é reportada ao receptor móvel (Figura 6) .

Figura 6 - Modelos para geração de NRTK.

O Modelo 1 – VRS, neste modo a posição da estação de referência virtual criada

está a uma distância muito curta da posição móvel. Isso é uma desvantagem significativa,

pois assim o receptor móvel não pode estimar corretamente os resíduos sistemáticos, que

podem permanecer os mesmos depois de aplicar as correções de rede.

No Modelo 2 – PRS, o chamado “ Falsa estação de Referencia” é configurada

para estar a uma certa distância (por exemplo CEGAT, 4.3 km) da posição do receptor

móvel, esta configuração “simula uma base verdadeira” e assim o receptor móvel pode

calcular o erro apropriado levando em conta os seus algoritmos internos para RTK. Este

“truque” permite que muitos receptores antigos que não possui a opção de NRTK tenha

resultados muito bons.

O Modelo 3 – FKP, mantém as coordenadas originais da ERA, com o intuito de

que o receptor móvel recebe a melhor informação e, entenda que as correções são

provenientes de uma solução de rede. A vantagem principal é que o móvel pode operar

neste modo, mesmo em distâncias longas pelo fato da posição da ERA permanecer a

mesma.

No GNSMART, os três modelos acima citados têm em comum, que as correções

que o receptor móvel recebe são individualizadas para sua posição em campo,

e as diferenças entre os modelos 1, 2 e 3 consistem principalmente no tipo de mensagem

RTCM que são usadas para diferentes informações sobre a localização da ERA. Por este

fato, todos os diferentes sistemas RTK existentes no mercado podem ser servidos com o

modelo mais adequado ao seu algoritmo. Uma vez que a maioria dos receptores moveis

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podem processar dados dos satélites apenas se tiverem uma qualidade homogênea, para

os modelos 1-3, apenas os satélites devem ser enviados para o receptor móvel, e assim

podem ser individualizados (geralmente aqueles com ambiguidades de rede fixa ou com

modelo FKP).

Em contrapartida a VRS "clássica", o Modo VRS do software GNSMART

(assim como o PRS e o FKP) se diferencia por levar em consideração o movimento do

receptor móvel para a individualização. Portanto, as correções são sempre otimizadas

para a última posição do móvel conhecida.

Transmissão de FKP (sigla alemã Flächen-Korrektur-Parameter – Parâmetros

de correção espaço), modelo 4, neste método a individualização das correções são feitas

no receptor móvel, ou seja, o móvel pode sozinho calcular as correções individualizadas

da mesma maneira que com o modelo 1-3 ou, alternativamente, usar seus próprios

algoritmos, que melhor se ajusta ao seu algoritmo RTK. Desta maneira, este método vai

fornecer ao móvel mais informações do que os modelos 1-3.

No método de Transmissão de MAC (Master-Auxiliary-Concept), modelo 5, usa

a diferença de correção de fase da onda portadora de uma estação mestre com múltiplas

estações auxiliares. Neste caso, o receptor móvel envia sua posição para o servidor central

do GNSMART, que determina a ERA mais próxima como estação mestre, em seguida,

as diferenças de coordenadas entre estação mestre e auxiliares e as diferenças de correção

geométricas e ionosféricas são enviadas para o receptor móvel (Figura 7).

Figura 7 - Modelo NRTK – MAC.

Toda a parte de cálculo e ajuste dos dados da correção final (individualização)

são feitos no receptor móvel, o qual necessita de recursos de software (algoritmo) e

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processamento (CPU). A concepção do MAC é equivalente ao FKP, ambos usam como

saída uma ERA principal e adiciona informações sobre variações espaciais das correções.

O FKP envia essas variações espaciais como valores de p.p.m. na direção norte e leste.

Já o MAC envia as variações espaciais para pontos discretos (isto é, estações auxiliares).

Uma distinção mais abrangente entre os métodos MAC e PRS/VRS se refere ao

local onde os dados de correção são individualizados. Para os modos PRS/VRS a

individualização é realizada para a posição do usuário que é calculada no servidor central,

para a localização próxima à posição real do receptor móvel e, é fornecida pelo provedor

de dados de correção. No MAC, a individualização é realizada no próprio receptor móvel,

através de ajuste ou por interpolação, o que requer recursos adicionais de algoritmos

neste. O método de ajuste deste não é definido pelo RTCM e sua realização no receptor

móvel pode ser dependente do fabricante. No cálculo do VRS/PRS, a computação é

sempre a mesma dentro do GNSMART e com base em fórmulas que são usadas para

todos os receptores móveis do mercado.

A quantidade de dados transmitidos no modo MAC é maior do que o VRS/PRS

o que obriga uma largura de banda maior, pois para este método são transmitidos além da

ERA principal os dados das ERAs auxiliares, no entanto, isso fornecerá uma redundância

maior de dados. No quesito precisão não existe diferença entre os métodos MAC e VRS.

Atualmente o modo VRS é suportado em todos os receptores móveis, já os receptores

antigos geralmente não suportam o modo MAC.

O modelo 6, trata da transmissão das informações espacial do estado para o

receptor móvel, esta é uma ferramenta disponível apenas aos usuários do software

GNSMART. Neste modo, as correções não são mais transmitidas ao receptor móvel, mas

as próprias fontes de erro: relógio, órbita e parâmetros atmosféricos. Este método é

denominado pela fabricante alemã do software, Geo ++, de SSR (State Space

Representation - Representação Espacial do Estado). A maior inovação deste método é

que a informação é independente de uma ERA (eliminação de erros dependentes da

estação) e possui uma área de abrangência mais global (por exemplo, erro de relógio de

satélite e erro de órbita). A ferramenta permite a transmissão unidirecional da informação

SSR em áreas muito amplas.

O grande diferencial do software GNSMART é que ele é o único deste

seguimento que consegue gerar os dados FKP, VRS e MAC usando técnicas tradicionais

e a partir de sua tecnologia impar pelo o conceito do SSR. O conceito SSR do software

GNSMART não esta restrito ao uso em tempo real ele também é usado em modo pós-

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processado com a mesma qualidade e precisão do modo RTK na geração de arquivos de

dados brutos GNSS no formato RINEX, motivo de estudo no projeto em questão.

3 OBJETIVOS

O objetivo principal deste projeto é tornar viável e usual os dados oriundos do

NRTK (Network Real Time Kinematic – Levantamento em tempo Real em REDE) do

CEGAT (Centro Geodésico da Alezi Teodolini) para ser usados em localidades onde não

possua cobertura GSM. A proposta é utilizar a mesma qualidade posicional do RTK em

REDE para a geração de dados brutos GNSS de forma virtual para uma determinada

posição dentro dos domínios de uma área a ser mapeada “simulando um receptor

GPS/GNSS Base físico in loco”, ou seja, o dado gerado seria idêntico a uma ocupação

convencional de um receptor GNSS Base. Desta forma será possível usar o dado bruto

gerado de forma virtual, denominado RINEX Virtual, para corrigir todas as feições e

objetos levantados durante o levantamento de campo pelo receptor GNSS móvel em áreas

sem cobertura GSM (Offline).

A grande vantagem deste método de trabalho é que os dados utilizados para a

geração do RINEX Virtual para uma determinada posição são os mesmos provenientes

da correção RTK em REDE, o que significa afirmar que estes já estão corrigidos de alguns

efeitos que poderia prejudicar o posicionamento pelo sistema GNSS, tais como: refração

ionosférica e troposférica. Além disso esta ferramenta proporciona a utilização de apenas

um receptor GNSS em levantamentos de campo pelo método de posicionamento relativo

no modo pós-processado.

O Georreferenciamento de imóveis Rurais do Incra instituído pela lei 10267/01

é atualmente no Brasil uma das grandes demandas, no que se refere a serviço e

profissionais da área de agrimensura e cartografia. A norma de georreferenciamento

estabelece que todos os imóveis rurais sejam levantados e amarrados ao SGB (Sistema

Geodésico Brasileiro) por coordenadas UTM (Universal Transversa de Mercator) no

referencial SIRGAS2000.

A proposta do CEGAT é ser um grande provedor de dados de RINEX Virtual

para os profissionais de agrimensura e cartografia executarem seus projetos de

georreferenciamento. Usando o RINEX Virtual qualquer profissional poderá realizar o

levantamento de campo com um equipamento GNSS apenas, com este ele percorre e

ocupa os pontos perimétricos, e depois no escritório para determinar as coordenadas finais

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para cada vértice ele cria uma base virtual a partir do serviço de RINEX Virtual e corrige

os pontos.

Para que este projeto fosse viável foi proposto algumas intervenções que foram

realizadas no decorrer da execução deste. Todas as intervenções foram realizadas de

forma a atender as exigências que contempla a técnica de NRTK e consequentemente a

geração do dado virtual, todas estas etapas serão detalhadas no decorrer deste relatório.

As maiores dificuldades encontradas na execução do projeto foram posteriores as

intervenções, ou seja, na parte de ajustes e cálculos das novas coordenadas e parâmetros

da Rede. Estas informações são essenciais para garantir a acurácia do serviço gerado pelo

software gestor do serviço de NRTK. A atualização destes parâmetros após as

intervenções tem como objetivo atualizar toda a REDE RTK.

Portanto o desenvolvimento deste método e técnica de trabalho, vai facilitar o

jeito de executar projetos onde não é possível utilizar o NRTK. O desenvolvimento desta

nova metodologia terá um impacto positivo e o consequente benefício para a agrimensura

e cartografia do estado de São Paulo.

4 FUNDAMENTAÇÃO TEORICA

4.1 SSR - Representação espacial do estado

Os sinais GNSS sofrem influência de várias fontes de erros tais como satélites:

erros de orbita e relógio do satélite, e atmosféricos: efeitos ionosféricos e troposféricos.

Nos sistemas tradicionais RTK ou NRTK, a somatória desses efeitos é observada nas

estações de referência e fornecida ao receptor móvel como correções em relação a

distância para a estação, satélite, frequência e sinal suportados, este tipo de modelagem é

denominada de OSR – Representação Espacial de Observação. A representação das

correções NRTK no OSR usa sempre como referência as observações GNSS de uma

ERA, que são então contabilizadas e aplicadas ao algoritmo de RTK de um receptor

móvel. Os sistemas que utilizam o OSR não requerem técnicas computacionais para

cálculo muito apuradas ou avançadas e são facilmente implementados. No entanto, eles

são incapazes de usar as diferentes propriedades estocásticas destes efeitos físicos

subjacentes.

Os erros do GNSS devem ser monitorados e modelados com precisão para

resolver ambiguidades como tarefa primária. Em qualquer momento e local dentro da

área de cobertura da rede GNSS, os serviços de posicionamento modernos devem

17

fornecer informações sobre os erros das observações GNSS com base no monitoramento

do estado. Os métodos usados para esta tarefa secundária são geralmente denominados

"técnica de representação".

Um Modelo de Espaço de Estado (SSM – State Space Model) completo com

precisão milimétrica é implementado para a realização de ajuste rigoroso e simultâneo de

observáveis GNSS, o que é essencial para a tarefa principal. A modelagem de espaço de

estado segue a ideia de modelar as fontes de erros reais no posicionamento GNSS em vez

de manipular os efeitos dos erros. Os efeitos dos erros pertencem ao espaço de

observação, enquanto as fontes de erro estão associadas ao SSM.

O software GNSMART é baseado no SSM - que é usado na determinação dos

parâmetros do NRTK e no SSR descrito pela Representação Espacial do Estado, sendo

este princípio usado para separar e representar as fontes de erros. No SSM, todos os

efeitos físicos relevantes ao GNSS são representados por um modelo matemático e seus

parâmetros são estimados em tempo real usando para isso as observações da rede. O SSM

implementado no GNSMART aplica as correções anteriores às observações GNSS

(figura 8). No caso do GNSMART o SSM, está preparado para as seguintes correções:

efeito de liquidação de fase do receptor de satélite (atitude do satélite)

(absoluto) antena de satélite correção PCV

efeito de deslocamento do local (maré de terra sólida, maré do polo, carga do

oceano, carga atmosférica, deslocamento local)

correções relativistas

correção ionosférica de ordem superior

(absoluto) receptor antena PCV correção

18

Figura 8 - Erros modelados no SSM

O conhecimento do comportamento temporal e espacial desses efeitos possibilita

a integração e uma melhor utilização das informações fornecidas por observações

independentes. Além disso o SSM permite uma melhor representação das condições

físicas, separação das fontes de erros com influência similar, como por exemplo,

ionosfera - L1/L2 atraso de grupo, troposfera – orbita, multicaminho na ERA – PCV das

antenas entre outros. Maior redundância de dados pois todas as ERAs contribuem para o

estado do erro e desta forma é possível a modelagem, predição em tempo com fixação da

ambiguidade em baixa elevações aumentando a disponibilidade, predição no espaço

utilizando rede com estações com distâncias maiores entre si através de extrapolação e

ainda realizando o monitoramento de ERAs em movimento.

O SSM é determinado e calculado dentro do módulo GNNET do software

GNSMART e este permite a configuração dos patamares e índices de todos os dados a

serem usados na construção deste modelo, conforme figuras 9 e 10.

19

Figura 9 - Parâmetros configuráveis no GNNET

Figura 10 - Parâmetros configuráveis no GNNET para SSM

A Geo++/GNSMART explora todas as possibilidades do SSM com intuito de

criar modelos funcionais e estocásticos, através de processos dinâmicos levando em

consideração as características de tempo e espaço bem como parâmetros estáticos das

ERAs.

20

Neste contexto o SSM não só pode ser usado para calcular correções otimizadas

OSR-RTK para receptores móveis tradicionais, como também fornecer o próprio vetor

de estado SSR para os receptores móveis quando usado o software GNSMART.

O SSR é descrito como a Representação Espacial do Estado, neste, todos os

erros físicos que atuam nas observações do GNSS são separados, modelados e

representados de uma maneira apropriada e flexível. A modelagem no GNSMART estima

os componentes de erros GNSS individuais dentro do SSM, e por isso utiliza os

parâmetros atuais de estado para a representação de todos os erros GNSS em aplicações

RTK. A SSR é uma descrição estocástica funcional e opcional do estado, ou seja, os

componentes individuais do erro GNSS, sendo estes parâmetros de estado atuais

transmitidos ao receptor móvel. O usuário corrige suas próprias observações em seu

receptor GNSS através das correções SSR calculadas a partir dos parâmetros do SSM

para sua posição individual e assim executa o posicionamento RTK com as observações

corrigidas. Uma solução otimizada é possível com SSR com as seguintes propriedades:

não depende de estações de referências únicas;

erros dependentes da ERA, como por exemplo, multicaminho e ruído que são

praticamente removidos em redes redundantes;

sem satélites em falta

suporte GNSS completo (como por exemplo, GPS/GLONASS) para toda

rede em sua integridade, mesmo no caso de ERAs que não possui a possibilidade de

rastrear GLONASS;

baixa largura de banda requerida para áreas grandes;

a taxa de atualização para a maioria dos parâmetros é baixa;

taxa de atualização mais alta para relógios dos satélites (10 s), a taxa de

atualização para todos os outros parâmetros é geralmente menor;

possibilidade de diferentes serviços com diferentes precisões possíveis;

aplicação de simples e dupla frequência.

Segundo Wübbena 2005, o desempenho do SSR também é considerado

melhor quanto ao erro de representação associado. A previsão temporal e espacial dos

parâmetros é mais precisa no espaço de estados, em comparação com os dados de

correção no espaço de observação. A interpolação dos diferentes parâmetros físicos pode

usar modelos matemáticos diferentes e otimizados, bem como as propriedades

estocásticas dos parâmetros.

21

A principal diferença entre OSR e SSR, é que o primeiro é a técnica mais

comum e usada em posicionamento RTK ou NRTK, neste, os parâmetros de estado

dependentes da distância são derivados e combinados com observações da ERA mais

próxima. O OSR determina uma quantidade fixa de erros GNSS dependentes da distância.

Para o OSR, a interpolação deve ser feita para a soma total de todos os efeitos, não

permitindo assim diferentes modelos de interpolação, figura 11.

Figura 11 - Principio do OSR

A grande vantagem e diferencial do software GNSMART é o SSR, neste,

cada erro GNSS é descrito de modo Individual, fornecendo todos os erros GNSS para uso

direto e a descrição de estado estocástica opcional e funcional (figura 12).

Figura 12 - Principio SSR

22

Na maioria das soluções OSR, o usuário tem que transmitir de forma antecipada

a sua posição aproximada ao provedor do serviço. Após este procedimento ele recebe

correções OSR válidas para esta posição. O vetor de estado SSR, no entanto, é válido

para toda a área de serviço. Para prover dados aos receptores móveis que não suportam

SSR em uma rede baseada em SSM, é necessário converter informações SSR para OSR.

Nas redes que usam a tecnologia Geo ++ GNSMART, isso é feito no servidor do provedor

(a). Para fazer uso da baixa largura de banda e da capacidade de transmissão da SSR, essa

conversão também pode ser realizada na localização do receptor móvel (B). Com a

padronização contínua e o desenvolvimento de receptores móveis mais novos, mais e

mais receptores móveis são inerentemente capazes de usar o SSR, transformando o

conceito de OSR obsoleto (C) (figura 13).

Figura 13 - SSR atual e futuro

O SSR permite a correção efetiva de todos os erros inerentes ao GNSS, sendo

este usado como suporte a vários aplicativos dentro do software GNSMART é não está

restrito ao uso em tempo real ou ao pós-processamento: o SSR pode atender ambas as

áreas de aplicação.

Os arquivos de SSR contêm a informação de SSM estimada pelo GNNET. Esses

arquivos podem ser usados para posterior processamento e análise como SSRPOST ou

GNWEB. A geração de arquivos SSR deve ser feita de forma otimizada em tempo real

dentro de uma instalação GNSMART. Às vezes, é útil ter a possibilidade de fazer a

geração SSR em um ambiente de pós-processamento, com base em dados de entrada

RINEX. Os dados SSR são estimados no GNSMART pelo módulo GNNET, figura 14.

23

Figura 14 - GNNET - SSR

A representação espacial do estado contém tempo e informações espaciais no

estado GNSS. Esses arquivos permitem a extração eficiente de observações RINEX

virtuais para qualquer posição e horário na área coberta pela rede GNSS.

4.2 O que é RINEX virtual

O RINEX Virtual é uma poderosa ferramenta pois propicia dados GNSS sem a

ocupação física e teoricamente com uma melhor qualidade quando comparado aos dados

convencionais derivados de um posicionamento real GNSS, isso ocorre porque tais dados

são gerados a partir de solução NRTK onde todos os erros derivados de um

posicionamento GNSS foram eliminados, desde que toda a infraestrutura e ERAs estejam

dentro do padrões exigidos pelo fabricante do software da REDE. O produto RINEX

Virtual funcionando em sua plenitude, em um país de dimensões continentais como o

Brasil pode ajudar de forma impar no apoio aos profissionais e empresas da área de

agrimensura e cartografia em projetos que necessitem da precisão e qualidade do

levantamento GNSS, pois isso permitiria a qualquer usuário utilizar apenas um receptor

24

GNSS dentro de cobertura da REDE GNSS, sem a necessidade de se preocupar com

referências/coordenadas conhecidas. Usando este tipo de serviço o profissional consegue

executar o posicionamento GNSS com apenas um receptor não necessitando de uma base

GNSS ou transporte de coordenadas e um grande número de funcionários.

Segundo JANSSEN e MCELROY (2013), o RINEX Virtual é basicamente

correção NRTK para aplicações de pós-processamento, fornece os mesmos dados

padronizado que teria sido observado por um receptor GNSS em um local qualquer

ocupado pelo usuário dentro da área de cobertura de uma rede de ERA GNSS.

Neste contexto o uso do software GNSMART pode ser um diferencial em

precisão e acurácia na qualidade da geração do RINEX Virtual, pois este software permite

o tratamento dos erros GNSS que influencia o NRTK com qualidade superior aos

métodos tradicionais e, portanto, a qualidade do RINEX gerado será superior aos métodos

convencionais. No GNSMART os erros GNSS são tratados individualmente e a correção

NRTK gerada são validas para toda área de cobertura da REDE, diferente dos métodos

tradicionais aonde os erros são dependentes da linha-base formada entre a ERA mais

próxima e o receptor móvel. A este método de tratamento é denominado SSR que foi

tratado neste texto anteriormente.

Os dados SSR são gerados no módulo GNNET do software GNSMART e é

usado em tempo real e também armazenado no servidor com a extensão SSR, figura 15,

estes dados serão usados posteriormente na geração de dados RINEX das ERAs e também

para criação dos dados Virtuais RINEX para qualquer posição dentro da área de cobertura

da REDE GNSS. O formato de gravação do arquivo SSR leva em consideração o nome

da REDE, em um formato de até 4 caracteres alfanuméricos, o dia contado do ano (por

exemplo, 12 de novembro, dia 316) e por último a sessão, sendo que esta será nomeada

seguindo o alfabeto (por exemplo 6 horas/sessão é f), figura 16.

25

Figura 15 - Definido gravação do SSR

Figura 16 - Dado gravado no servidor - SSR

Os arquivos SSR possui formato binário, o que impede qualquer visualização ou

manipulação, na mesma pasta onde é salvo o SSR, também são salvos os arquivos SOL,

estes são os arquivos de solução de REDE. O Arquivo SOL (figura 17) apresenta os

valores de coordenadas, precisões e variância das ERAs quando do processo de criação

da correção NRTK.

26

Figura 17 - Arquivo SOL

O aplicativo responsável por gerar os arquivos RINEX, derivado dos arquivos

SSR que são armazenados no servidor é o SSR2RX, este é um módulo do software

GNSMART. O SSR2RX não possui uma interface gráfica ao usuário e só pode ser usado

a partir de uma lista de comandos no ambiente DOS conforme a figura 18.

Figura 18 - Aplicativo SSR2RX

Os arquivos virtuais RINEX podem ser gerados independentes de seu tamanho

ou duração, pois o SSR2RX possibilita a junção de todos arquivo SSR consecutivos de

um mesmo dia, de um dia anterior ou posterior.

A interface gráfica entre usuário e softwares de REDE (GNSMART) é realizado

através do GNWEB, sendo necessário a configuração do mesmo no servidor da REDE

(figura 19). O GNWEB é um aplicativo desenvolvido em ambiente web (figura 20) que

27

permite ao usuário acessar via IP ou site, todos os dados brutos das ERAs e gerar dados

virtuais RINEX para ser usado em seus projetos.

Figura 19 - Configuração GNWEB

Figura 20 - Acessando via Web

28

Através da Web interface do GNWEB o usuário pode visualizar todos os dados

brutos disponíveis de todas as ERAs, selecionar uma data e horário especifico, intervalo

de gravação e versão do RINEX e partir destes parâmetros gerar os dados brutos originais

destas quando necessário (figura 21).

Figura 21 - Dados RINEX ERA

Para a geração de arquivos RINEX Virtual a única diferença em relação

anterior é que o usuário deve informar as coordenadas geodésicas da posição/local que

necessita gerar o arquivo de dados RINEX (figura 22). No final do processo o arquivo de

dados brutos RINEX Virtual será gerado e disponibilizado ao usuário (figura 23), a

configuração do serviço permite que este arquivo fique armazenado por até 30 dias na

conta do cliente dentro do servidor da REDE.

29

Figura 22 - Gerando RINEX Virtual

Figura 23 - RINEX Virtual gerado GNWEB

. A utilização do RINEX Virtual beneficiará todos os profissionais e empresas

que prestam serviço de Georreferenciamento e posicionamento em geral, pois sendo

possível criar arquivo RINEX de qualidade com precisão, acurácia e repetibilidade para

qualquer posição dentro da área de cobertura da REDE, não será necessário mais

transporte de coordenadas. Além disso, a Base criada para a correção dos receptores

móveis pode ser gerada a poucos metros de distância destes, permitindo ocupações mais

rápidas nos pontos e ainda a utilização de receptores de simples ou dupla frequência. Ou

seja, até mesmo receptores que hoje são considerados obsoletos poderão proporcionar

dados de posição com alta precisão. Deste modo, o usuário se beneficia com a

confiabilidade, disponibilidade e acurácia da REDE sem ter que investir em um novo

30

equipamento, necessitando apenas a contratação de um serviço específico conforme sua

demanda.

O diferencial pretendido é a mudança de paradigma na realização de

levantamento GNSS pós-processado no estado de São Paulo. Com o uso do RINEX

Virtual do serviço do CEGAT em pleno funcionamento será capaz de:

Permitir realizar levantamento pós-processado GNSS com apenas um

receptor, ou seja, menor investimento por parte do profissional ou empresa;

Garantir alta acurácia nos levantamentos;

Garantir a redução do tempo de observação em cada ponto;

Eliminar a deterioração da qualidade dos resultados função das distâncias as

estações de referência, ou seja, o PPM (parte por milhão), pois será possível criar arquivos

de observação RINEX próximo à localização do trabalho;

Eliminar a fase de Transporte de Coordenadas, pois o profissional pode

definir uma coordenada em qualquer dentro da área do imóvel e criar de modo virtual na

aplicação do CEGAT;

Realizar ajustamento dos dados de todos os pontos levantados, pois será

possível a criação de vários arquivos de observação virtuais próximo ao ponto levantado;

Diminuir custo operacional, pois não é mais necessário a contratação de

profissional para ficar de guarda no receptor GNSS Base, já que não existirá mais base

física.

4.2 Calibração absoluta de Antena Geodésica.

A primeira etapa deste projeto consistiu da análise estrutural do marco (pilar),

ou seja, foi analisado a localização do mesmo e a qualidade de implantação. Esta análise

não tinha sido definida no cronograma inicial do projeto, porém como se trata de um

trabalho para melhorar a infraestrutura e qualidade dos dados e durante a visita técnica

notou-se que alguns pilares ou marcos estavam implantados em lugares com um nível de

obstrução não adequado para o posicionamento GNSS ou com estrutura com baixa rigidez

para suportar as novas antenas Choke Ring. Os problemas das obstruções surgiram devido

ao crescimento arbóreo que ocorreu na vizinhança de alguns destes, já para o caso da falta

de rigidez se deu devido ao material que foi usado anteriormente, de baixo qualidade, e

porque antes a antena GPS/GNSS usada não possui as características físicas e peso das

atuais que foram implantadas. Portanto nestes casos os pilares foram trocados de posição

31

ou refeitos, as figuras x e 2 apresenta um exemplo de cada pilar trocado. Foram

reconstruídos x pilares conforme a tabela x abaixo:

Figura 24 - Pilar sem robustez e obstrução

Figura 25 - Pilar sem robustez - refeito

32

Após estabelecida as instalações e localização dos novos e antigos pilares,

iniciou-se a colocação dos cabos de antena de alto ganho/desempenho e finalmente as

antenas Choke Ring.

Foram compradas 15 Antenas Choke Ring modelo HX-CG7601A da fabricante

Harxon Corporation, a figura x ilustra o modelo da antena escolhido para ser usada na

troca das antigas.

Figura 26 - Antenas Choke Ring compradas

A grande vantagem deste modelo de antena é a qualidade que está possui em

dissipar ou minimizar os sinais refletidos, ou seja, multicaminho. GALERA (2008) ainda

cita que para levantamentos geodésicos a antena deve garantir alta estabilidade do centro

de fase da antena e proteção contra multicaminhamento ou sinais refletidos. O centro de

fase das antenas GNSS é o ponto de recepção do sinal vindo do satélite e, é uma fonte de

erro sistemático que está diretamente ligado a antena de recepção do sinal GNSS

(HUINCA e KRUEGER, 2011). Portanto é de fundamental importância conhecer os

parâmetros que compõe o centro de fase de cada antena GNSS usada.

Wübbena (2011) que é um dos desenvolvedores do software GNSMART, cita

que uma das principais fontes de erro para aplicações precisas GNSS são os erros

dependentes da estação e decorrentes dos efeitos de Muticaminhamento próximos

ocorridos nas Antenas GNSS devido à falta do conhecimento de seus parâmetros, já que

existe diferença entre o centro de fase mecânico e físico de cada antena (figura xx).

33

Figura 27 – Diferenças Centro de fase Antena GNSS

Wübbena, também desenvolveu um sistema automatizado para a calibração de

antenas, este robô permite a aplicação de rotações e inclinações automáticas da antena o

que possibilita a calibração da mesma em todas direções e azimutes, a figura x mostra o

sistema automatizado de calibração.

Figura 28 – Robô – Calibração Absoluta

Portanto após a aquisição das antenas Choke Ring, estas foram enviadas para a

Alemanha para a empresa desenvolvedora do sistema GNSMART que é o software

utilizado pelo serviço CEGAT e para geração do RINEX Virtual para passar pelo

processo de calibração. O método de calibração é baseado na inclinação e rotação da

antena para determinar as variações de fase absolutas, conforme é evidenciado na figura,

independentemente de qualquer antena de referência e independentes dos efeitos de

multicaminho. O objetivo principal é a determinação precisa de deslocamentos de centro

de fase e variações de fase (PCV - Phase Center Variations – Variações no centro de

fase). Todas as 15 antenas foram calibradas separadamente e seus parâmetros de offset

foram determinados uma a uma, a figura x, enaltece o início do processo de calibração.

34

Figura 29 - início da Calibração

Para cada uma das 15 antenas Choke Ring foi gerado um arquivo de calibração, este

arquivo de calibração será utilizado no servidor de Input e no arquivo bat (figura x) de

inserção de cada uma das ERAs ao serviço do GNNET da REDE CEGAT, na sequência a

figura x, ilustra parte de um arquivo de calibração gerado.

Figura 30 - Arquivo bat de inserção da ERA ao GNNET - CEGAT

Figura 31 - Exemplo arquivo de calibração da Antena

A calibração também possibilita a obtenção de gráficos comportamental de

todas as observações realizadas durante o processo e a visualização do comportamento

35

de cada uma das observáveis GNSS para a referida antena para cada inclinação e direção,

a figura x ilustra o que foi informado para as observáveis GPS e GLONASS para o

modelo de antena HX-CG7601A da fabricante Harxon Corporation. Além disso, é

possível uma análise da qualidade geral das características de recepção de sinal da antena

(dependência do azimute). Com a calibração Absoluta é possível eliminar e aplicar os

seguintes parâmetros em tempo real:

Offsets absolutos e PCV absoluto através da configuração de observação;

abordagem especial com antena inclinada e girada (robô);

eliminação do Multicaminho;

cobertura da faixa de elevação completa de 0 ° a 90 °;

determinação significativa de PCV usando um grande número de diferentes

orientações de antena;

observações independentes do tempo;

estimativa simultânea de PCV L1 e L2;

falta de procedimento de observação e esforços de avaliação;

Figura 32 - Resultado da Calibração da Antena

A etapa de calibração e troca das antenas GNSS Choke Ring é considerada a etapa

mais importante do projeto, pois desta maneira todas as ERAs foram adequadas as exigências

de qualidade imposta pelo o fabricante do software de REDE (Todos os gráficos resultantes

das calibrações para cada uma das 15 antenas serão disponibilizados neste relatório como

anexo). Segundo o fabricante eliminando a inserção de erros inerentes ao posicionamento a

36

qualidade na geração e criação do RINEX Vitual seria garantido, e os problemas de baixa

precisão e acurácia seriam sanados.

Após a troca das antenas foi necessário realizar um novo processamento para a

determinação das novas coordenadas para cada uma das ERAs. Este procedimento foi

realizado a partir da coleta de dados de pelo menos 15 dias consecutivos de coleta para cada

ERA, sendo estes dados processados via serviço PPP – IBGE e também a partir de software

comercial de processamento de dados GNSS. Para finalizar a etapa de adequação das novas

ERAs ao software GNSMART e deixar o serviço funcional, mais uma etapa era necessária,

se trata do ajustamento e determinação das novas coordenadas que devem ser estimadas em

conjunto, ou em REDE. Este procedimento é um pouco mais complexo e necessitou-se do

apoio técnico do fabricante do software nesta estimativa, neste as coordenadas das ERAs são

ajustadas uma em relação a outra, desta forma é possível calcular o quanto uma ERA interfere

na REDE geral e determinar os parâmetros a ser introduzidos quando alguma desta estiver

fora do ar. Pois a solução de NRTK é calculada por todas as ERAs que compõe o CEGAT.

Por último para validar todas as intervenções relativas as ERAs foram gerados os

arquivos de analise da qualidade dos dados GNSS para cada uma das estações, se trata dos

gráficos denominados EAR_PLOT.

4.3 GRS ANALYSE - EAR PLOT

Através do módulo GRS_ANALYSE são gerados os arquivos residuais GRS

(GNNET Receiver-Satellite Residuals) pelo aplicativo GNNET. Os arquivos GRS são

criados de hora em hora por cada ERA no software GNSMART e gravados em uma pasta

do servidor, estes arquivos contém os resíduos para a onda de fase portadora e

observações de código em L1 e L2 para cada satélite rastreado por esta. O módulo

GNNET necessita dos resíduos de elevação/azimute para reduzir a influência do ambiente

da ERA, o chamado multicaminho próximo (Near field multipath), está informações são

obtidas através dos arquivos denominados EAR, o qual tem o formato binário e

geralmente são criados pelo módulo GRS_ANALYSE a partir dos arquivos GRS.

Um arquivo EAR pode contém muitas informações relevantes para o

funcionamento do serviço de NRTK, tais como:

Correções para efeitos de multicaminho próximo (média ajustada dos

resíduos)

RMS de resíduos

Correção para o código

37

Correção para a fase portadora;

para GPS

para GLONASS

valores azimutais (somente elevação)

valores de elevação-azimutais

Sinal ruído (Signal-to-Noise (CN0))

O conteúdo dos arquivos EAR pode ser visualizado e analisado através de

gráficos do tipo skyplot tendo como parâmetros a elevação-azimute da posição da antena

da ERA e todos os dados acima citados usando para isso o módulo de geração de gráfico

chamado EAR_PLOT.

Portanto o EAR PLOT nada mais é que uma ferramenta usada para a

visualização dos dados gerados e posterior gravação via arquivo pdf ou de imagem para

análise. O gráfico gerado pelo EAR PLOT foi usado para analisar a qualidade dos dados

de entrada para cada uma das novas antenas Choke Ring instaladas nas ERAs e assim

validar a qualidade da entrada dos novos dados na REDE. Na sequência a figura x,

apresentada a tela de interface do EAR PLOT, todos os gráficos são gerados no ambiente

DOS por comandos.

38

Figura 33 - Interface e opções do EAR PLOT

Os comandos e os parâmetros usados para a geração e análise dos dados das

ERAs foram:

Figura 34 - Parâmetros e comandos usados

A GEO++ considera como parâmetro ideal, que ambas as escalas no gráfico

esteja próximo ao valor zero, ou seja, tanto a escala colorida quanto a linear tenha valor

de dispersão zero, conforme o gráfico mostrado pela figura x.

39

Figura 35 - Gráfico Ideal de rastreamento de uma ERA

Na sequência serão apresentados todas as intervenções e modificações

realizadas nas ERAs, e também será feito alguns comparativos quanto a estrutura anterior

e posterior ao projeto. Também será apresentado o gráfico EAR_PLOT bem como sua

análise para cada uma das ERAs.

4.4 O que é e porque eliminar o L2C:

A modernização do GNSS vai alterar de maneira significativa as condições e a

disponibilidade de dados e sinais para o uso no posicionamento em aplicações civis e

militares. A atualização do sistema não será apenas com a inserção de novos satélites,

mas também com a inclusão de novas frequências e diferentes sinais disponíveis. Estes

novos sinais terão como desafio melhorar a qualidade no posicionamento, está melhoria

poderá ocorrer através da minimização ou eliminação dos feitos atmosféricos, através de

correlação ou diferenciação entre as frequências existentes e as novas e, até mesmo

diminuir o tempo de resolução da ambiguidade pelo fato de uma maior quantidade de

dado recebido.

Em 2005, em uma das etapas de modernização do GPS foi o lançado o primeiro

bloco de satélites GPS IIR-M ("R" para reabastecimento e "M" para modernização), neste

foi disponibilizado um novo formato de sinal denominado L2C ("C" para civil). Este novo

sinal tem como objetivo acrescentar robustez no posicionamento, melhorando a

40

resistência às interferências, reduzindo ruídos e aumentando a acurácia. Logo, permitindo

melhores acurácia nos posicionamentos dentro de construções e, principalmente, em

áreas arborizadas (Polezel, 2007).

O sinal L2C, é composto por dois códigos, o primeiro é definido como CM

(código de comprimento médio) que se repete a cada 20 msec, com comprimento de

10.230 chips modulado com a mensagem de dados e o segundo CL (código longo), que

é repetido a cada 1,5 segundos – no comprimento de 767.250 chips. O L2C é segundo

sinal GPS para o uso civil, e foi projetado para atender às necessidades comerciais, este

proporcionará a eliminação da necessidade da utilização de correlação que eram usadas

nas atividades civis, tais como: squaring, correlação cruzada entre outras. O seu nome faz

referência a frequência de rádio usada pelo sinal 1227 MHz, ou L2, e ao fato de ser para

uso civil. Atualmente, apenas sete satélites GPS do Bloco IIR-M transmite o código civil

L2C na portadora L2, ou seja, ambos os sinais L2C e L2P estão na mesma faixa de

frequência, porém para usos distinto, já que L2P é para o uso militar.

Atualmente 19 dos 31 satélites GPS são capazes de transmitir sinais GPS L2C e

eventualmente no futuro próximo, toda a constelação de satélites GPS será capaz de

transmitir os sinais L2C. Este sinal fornece dados SNR (signal-to-noise ou sinal ruído)

mais forte e estável quando comparados com o sinal denominado L2P.

Porém ainda é imposta a este dado uma certa limitação de uso justamente pelo

fato deste ser disponibilizado na mesma frequência do L2P. Na verdade a L2C esta em

quadratura com L2P, ou seja, esta tem um quarto de onda em comparação ao dado militar

em L2P. Tal fato é de suma importância porque quando do uso de ambos os sinais no

posicionamento são necessário alguns cuidados para distinguir estes, pois estes devem

ser tratados de modo diferente pois apesar de ser transmitidos em L2 possuem diferenças.

Nestes casos é necessário a combinação de dados derivados de ambos os sinais, L2C e

L2P, e não o uso apenas de um ou de outro, para a correção da ambiguidade das

observações diferenciais.

Este problema é corrigido por algumas marcas de equipamentos High-End ao

registrar os dados de L2C separadamente, mas ainda uma boa parte dos equipamentos

antigos e até atuais que não possui uma ferramenta capaz de realizar tal procedimento.

Para o caso de trabalhos realizados com receptores Base e móvel de uma mesma marca

que possui a possibilidade do uso do L2C não ocorreria nem último tipo de problema e

limitação.

41

Para o caso de REDE GNSS o sinal L2C não tem sido usado, uma vez que não

está bem determinado como o rastreamento e registro L2C podem afetar as posições

derivadas das medições da fase de portadora L2 para um determinado receptor. No caso

de REDE GNSS a problemática é maior pois as redes GNSS são compostas por diversos

vértices e marcas de receptores GNSS instalados e, nestes casos, pode existir

equipamentos capazes de rastrear L2C e outros que não possui tal possibilidade, porém

isso ainda não é uma certeza que os dados de L2C e L2P estão sendo medidos e gravados,

pois não é porque você está rastreando ambas as fases do L2 que você está gravando

ambas, tudo vai depender do firmware do equipamento.

Além disso alguns padrões de dados GNSS devem sofrer adequações para que o

uso dos dados do sinal L2C seja utilizado em sua amplitude, como por exemplo, o RINEX

para o caso do uso em modo pós-processado e o RTCM para o posicionamento GNSS em

tempo real.

Segundo a Berglund et al., 2010, algumas alterações e formatações deve ser

feitas para deixar usual os dados L2C em REDE GNSS, tais como:

A medida de quadratura do sinal L2C deve ser calculada no receptor para o

seu uso no processamento;

O desenvolvimento do formato RINEX 2.13 capaz de reduzir a complexidade

dos formatos de dados que incluem informações de fase L2C.

O IGS e RTCM devem definir parâmetros para as correções de quadratura

dos sinais das observáveis L2C como foi feito com L1P e L1-C / A. Caso contrário, a

correção de quadratura dependente do receptor precisará ser conhecida antes de estimar

a posição.

São afetadas devido a diferença no ciclo da onda destes dados. peradores de rede

GNSS, como o UNAVCO Plate Boundary Observatory (PBO), hesitaram em usar o novo

sinal, uma vez que não está bem determinado como o rastreamento e registro L2C podem

afetar as posições derivadas das medições da fase de portadora L2 para um determinado

receptor. Alguns formatos de dados não permitem as medições de fase L2C e L2P. Só

porque você está rastreando ambas as fases do L2 não significa que você está logando

ambas as duas!

A fase de suporte de L2C está em quadratura com L2P (Y); Alguns fabricantes

corrigem isso ao registrar a fase L2C enquanto outros não. Nos casos em que L2C e L2P

(Y) são registrados simultaneamente, o software de tradução deve ser usado com cuidado

para selecionar qual fase é usada no posicionamento.

42

Porém a grande desvantagem no uso deste sinal está relacionada

A polarização de 1/4 fases dependente do receptor em medições de L2C precisa

ser contabilizada antes que o L2C seja adequado para uso no posicionamento da fase de

suporte.

Atualmente, o processamento de redes com marcas de receptores mistos e L2C

habilitado pode levar a resultados de posicionamento ruins.

O L2C complica as opções de configuração do receptor e o pré-processamento.

A configuração e / ou o pré-processamento incorreto do receptor podem resultar em perda

de informações da fase L2P e observações faltantes. O desenvolvimento do RINEX 2.13

ajudará a reduzir a complexidade dos formatos de dados de pré-processamento que

incluem informações de fase L2C.

IGS e RTCM devem encorajar correções de quadratura universais para a fase

L2C observáveis. Caso contrário, a correção de quadratura dependente do receptor

precisará ser conhecida antes de estimar a posição.

Desconhece quais medidas de fase são emitidas em fluxos em tempo real quando

o L2C está habilitado. Se os observáveis da fase L2C estiverem presentes em fluxos em

tempo real, isso pode representar um desafio sério para contá-los em aplicativos em tempo

real.

O IGS deve especificar que a fase L2C não deve ser usada em arquivos "RINEX"

de produção usados para séries temporais de posição

Se a fase L2P e L2C deve ser registrada, use fluxos de pré-processamento

separados para posicionamento (L2P) e usos especiais (L2C).

os operadores de rede GNSS têm hesitado em usar o novo sinal, uma vez que

não está bem determinado como as posições derivadas das medições da fase de portadora

L2 são afetadas. A fase de suporte de L2C está em quadratura com L2P (Y); Alguns

fabricantes corrigem isso ao registrar a fase L2C enquanto outros não. Nos casos em que

L2C e L2P (Y) são registrados simultaneamente, o software de tradução deve ser usado

com cuidado para selecionar qual fase é usada no posicionamento.

A fase de suporte de L2C está em quadratura com L2P (Y); Alguns fabricantes

corrigem isso ao registrar a fase L2C enquanto outros não. Nos casos em que L2C e L2P

(Y) são registrados simultaneamente, o software de tradução deve ser usado com cuidado

para selecionar qual fase é usada no posicionamento. Foram feitas modificações no

software pré-processamento Teqc da UNAVCO para eliminar a confusão, no entanto, as

redes GNSS, como o IGS, ainda sofrem perda ocasional de dados devido a receptores de

43

GPS configurados incorretamente ou rotinas de fluxo de dados. Até o momento, as

análises L2C foram restritas a aplicações especiais, como a profundidade da neve e a

umidade do solo, usando dados SNR, já que alguns pacotes de análise de dados de alta

precisão não são compatíveis com o L2C. Utilizamos vários métodos diferentes para

determinar o efeito que o rastreamento e registro de L2C tem nas medições de fase de

suporte e posicionamento para vários modelos e configurações de receptores. As soluções

de linha de base de zero-comprimento de vinte e quatro horas usando L2 mostram

diferenças sub-milimétricas nas posições médias para componentes horizontais e

verticais. Comparações diretas da fase L2 observáveis a partir de arquivos RINEX com e

sem o L2C observável mostram sub-milicóculos diferenças. A magnitude das variações

aumentou em baixas elevações. O comportamento das observações ou posições de fase

L2P (Y) de um determinado receptor não foi afetado pela habilitação do rastreamento

L2C. Achamos que o uso da fase transportadora derivada de L2C em aplicações em tempo

real pode ser desastroso nos casos em que as marcas de receptores são misturadas entre

as que correm em quadratura e as que não (Figura 1). Até que os padrões sejam

implementados para correções de fase universal em receptores ou software, o uso de L2C

deve ser evitado por operadores de rede em tempo real. A complexidade envolvida na

adoção de um único novo sinal em uma freqüência GPS existente ao longo de um período

de 7 anos tem implicações para o uso de sistemas multi-GNSS e GPS modernizado em

tecnologia geodésica

Figura 36 - Estrutura das ondas portadoras GNSS

44

5 CRONOGRAMA EXECUÇÃO

Para alcançar o objetivo geral do projeto que é resolver os problemas relativos a

infraestrutura e assim possibilitar a criação do RINEX Virtual de modo preciso e acurado

dentro da área de cobertura da REDE CEGAT e assim difundir esta nova metodologia de

trabalho para levantamentos GNSS com foco ao Georreferenciamento de imóveis Rurais

lei 10267/01 foram realizados todos os procedimentos e intervenções pré-determinados

no escopo do projeto. Porém durante a execução destas algumas ações que não estavam

previstas necessitaram ser incluídas e executadas com o objetivo de alcançar os resultados

esperados.

As primeiras etapas que constituíram a execução deste projeto foi as aquisições

de equipamentos previstas no cronograma executivo do projeto, conforme a tabela x.

Tabela 1 - Etapa de Aquisição de equipamentos

Nesta etapa foram adquiridos os equipamentos necessários para iniciar a

execução do projeto, portanto foram adquiridas as antenas Choke Ring, sendo estas

enviadas diretamente do fabricante desta para a empresa Geo++ Alemanha responsável

por realizar a calibração da mesma. Na sequência foram comprados 5 receptores GNSS

modelo SC200 da fabricante Stonex e por fim, foi adquirido o gerador.

Após a finalização da calibração das antenas na Alemanha, tema este que será

descrito no decorrer do projeto, estas foram importadas e novas etapas foram

estabelecidos, conforme tabela 2.

Tabela 2 - Etapas executiva do projeto

45

Com as antenas Choke Ring em mãos foi iniciado as visitas técnicas as ERAs

com o objetivo de realizar as trocas de antenas e quando necessário realizado também a

troca do receptor GPS pôr os novos sensores GNSS adquiridos. Durante esta etapa foi

encontrada alguns problemas estruturais ou de localização em alguns pilares (marcos),

sendo necessário a reconstrução ou implantação de novos pilares em locais diferentes, ou

seja, em posição diferente da anterior, o texto descreverá e dará exemplo desta etapa.

5.1 Apresentação das ERAs antes e depois das implementações

SPAB – Água de Santa Bárbara

A ERA SPAB está instalada na cidade de Águas de Santa Barbara no oeste do

estado de São Paulo a uma distância, aproximada, de 292 km da sede da GPS

AGRIMENSORA LTDA e servidor CEGAT, em uma empresa de Agronomia chamada

Agroplan, a figura 38 ilustra a localização da ERA na referida cidade.

Os procedimentos realizados na ERA SPAB foram a adequação da construção

do pilar para receber a nova antena, a troca e implantação da antena Choke Ring modelo

HXCCG7601A e número serial C17010000031 e a troca do receptor atual para um novo

capaz de rastrear outras constelações, ou seja, um sensor GNSS. O receptor GNSS

comprado e utilizado foi o STONEX SC200 multi-constelação da fabricante Stonex

(figura 37). Este equipamento possui 220 canais independentes e aumentou em pelo

menos 60% o número de satélites utilizados no posicionamento.

Figura 37 - Receptor GNSS SC200 Stonex usado na ERA SPAB

Na sequência são apresentadas as figuras relativas ao pilar e antena antiga e a

nova instalação já contendo a adequação do pilar e a implantação na nova antena, aqui

vale ressaltar que foram também usados cabos de antena de alto ganho com o objetivo de

maximizar os dados GNSS recebidos, figura 38.

46

Figura 38 - Estrutura antiga e nova da ERA

Como se trata de posicionamento de alta precisão usando técnicas de NRTK e

houve alteração de infraestrutura tal como o modelo de antena, foi necessário realizar

uma nova estimativa de coordenadas para a referida ERA e posteriormente o reajuste

desta em relação a REDE geral do CEGAT, a seguir são apresentadas e comparadas as

coordenadas antigas e novas, tabela 3.

Tabela 3 - Informações ERA Águas de Santa Bárbara

A última etapa de validação da ERA SPAB foi a geração do gráfico EAR_PLOT

(Anexo 2) para analisar a qualidade do dado rastreado e verificar se houve ganho

significativo com a nova configuração da ERA e utilização da antena calibrada.

A análise da comparação dos gráficos da ERA SPAB, mostra uma melhora

considerável na qualidade dos dados rastreados nesta. Pelos gráficos de escala de cor e

linear é possível notar que as intervenções realizadas tiveram o resultado esperado, pois

ambos os gráficos indicam uma tendência para o valor 0 o que indica que não há nenhuma

influência externa atrapalhando o posicionamento e a entrada de dados GNSS para a

SPAB ANTIGA SPAB CHOKE RING

Antena: ACC_G5ANT_52AT1 HXCCG7601A_HXCS

Altura da Antena

(m):

0.360 0.080

Receptor GNSS: Z-MAX SC200

Latitude (S) 22° 52´ 40.9482'' 22° 52´ 40.9482''

Longitude (W) 49° 14´ 23.9120'' 49° 14´ 23.9120''

Altitude (m) 529.530 529.530

47

ERA. Portanto desta análise podemos concluir que para a ERA SPAB os objetivos do

projeto foram alcançados.

SPA1 – Assis

A ERA SPA1 está instalada na cidade de Assis no oeste do estado de São Paulo

em uma empresa de Engenharia chamada ENGEMAP. Os procedimentos realizados nesta

base foram a adequação da construção do pilar para receber a nova antena, a troca e

implantação da antena Choke Ring modelo HXCCG7601A e número serial

C17010000010 e o receptor da base um GPS Z-MAX (figura 39).

Figura 39 - Receptor Z-MAX

A Figura 40 mostra a base no município de Assis (SP) a antena antiga e a antena

do modelo Choke Ring, respectivamente, e a Tabela 4 representa as informações das

mesmas.


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Tabela 4 -Informações ERA Assis

A última etapa de validação da ERA SPA1 foi a geração do gráfico EAR_PLOT



SPBA – Barretos

A ERA SPBA está instalada na cidade de Barretos no estado de São Paulo em

uma empresa de Engenharia Arquitetura e Agronomia chamada Associação Barretense

de Engenharia Arquitetura e Agronomia (ABEAA). Os procedimentos realizados nesta

base foram a adequação da construção do pilar para receber a nova antena, a troca e

implantação da antena Choke Ring modelo HXCCG7601A e número serial

C17010000032 e o receptor da base um GPS Hemisphere (figura 41).

Figura 41 - Receptor HEMISPHERE

A Figura 42 mostra a base no município de Barretos (SP) a antena antiga e a

antena do modelo Choke Ring, respectivamente, e a Tabela 4 representa as informações

das mesmas.

SPA1 ANTIGA SPA1 CHOKE RING

Antena ACC_G5ANT_52AT1 HXCCG7601A_HXCS

Altura da Antena (m) 0.000 0.000

Receptor GPS Z-MAX Z-MAX

Latitude (S) 22°39'89.26548." 22°39'20.05268"

Longitude (W) 50°24'65.12459" 50°24'57.38000"

Altitude (m) 580.784 585.060

49







Tabela 5 - Informações ERA Barretos

SPBA ANTIGA SPAB CHOKE RING

Antena HEMA52B HXCCG7601A_HXCS


Receptor GPS HEMISPHERE HEMISPHERE

Latitude (S) 20° 33’ 45.6491’’ 20° 33’ 45.6491’’

Longitude (W) 48° 35’ 04.4451’’ 48° 35’ 04.4451’’

Altitude (m) 529.540 529.540

A última etapa de validação da ERA SPBA foi a geração do gráfico EAR_PLOT



SPBR – Bauru

A ERA SPBR está instalada na cidade de Bauru no estado de São Paulo na

empresa AGROGEOTEC. Os procedimentos realizados nesta base foram a adequação da

construção do pilar para receber a nova antena, a troca e implantação da antena Choke

Ring modelo HXCCG7601A e número serial C17010000017 e o receptor da base um

GPS Z-MAX (figura 43).

50

Figura 43 - Receptor Z-MAX.

A Figura 44 mostra a base no município de Bauru (SP) a antena antiga e a antena

do modelo Choke Ring, respectivamente, e a Tabela 4 representa as informações das

mesmas.







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Tabela 6 - Informações ERA Bauru

A última etapa de validação da ERA SPBR foi a geração do gráfico EAR_PLOT



SPI1 – Itaí

No município de Itaí (SP) além da instalação da antena Choke Ring modelo

HXCCG7601A e número serial C17010000023, houve a mudança de local da antena e

como consequência a troca de pilar de apoio da antena. A ERA está localizada na empresa

ProGeo Engenharia. O receptor GPS instalado na antena é um Z-MAX (figura 45).

Figura 45 - Receptor Z-MAX.

A Figura 46 mostra a antena antiga e nova, respectivamente, e na tabela as

informações das duas antenas.

SPBR ANTIGA SPBR CHOKE RING

Antena THA800961B-POLE HXCCG7601A_HXCS


Receptor GPS Z-MAX Z-MAX

Latitude (S) 22° 20' 39.6541'' 22° 20' 45.9838''

Longitude (W) 49° 05' 54.7412'' 49° 05' 15.1164''

Altitude (m) 552.250 555.160

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Tabela 7 - Informações ERA Itaí

SPI1 ANTIGA SPI1 CHOKE RING

Antena T

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