DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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GA112 – FUNDAMENTOS EM GEODÉSIA
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Capítulo 3
Regiane Dalazoana
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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3 – DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DEREFERÊNCIA (SGRs) MODERNOS:
3.1 – Constantes Fundamentais e sua evolução;3.2 – Rotação da Terra e sistemas de tempo;3.3 – Sistemas de Referência celestes e terrestres
convencionais ;
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convencionais ;3.4 – Parâmetros de orientação da Terra;3.5 – Sistema Geodésico de Referência Internacional
(ITRS); Sistema Geodésico de Referência Global(GGRS)
3.6 – Sistemas de referência associados com o campoda gravidade;
3.7 – Relação de Sistema Topográfico Local e SGRsgeocêntricos.
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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A Geodésia trabalha, em essência, com dois sistemas de referência:
Supondo o espaço Considerou-se um
3.3 – Sistemas de Referência Celestes (ICRS) e Terrestres Convencionais (CTRS);
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CELESTE TERRESTRE
Supondo o espaço inercial, idealizou-se um sistema dito intermediário, com base em objetos espaciais considerados imóveis
Considerou-se um sistema solidário com a Terra, ou seja, com eixos girantes (acompanham a rotação terrestre)
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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CELESTE TERRESTRE
3.3 – Sistemas de Referência Celestes (ICRS) e Terrestres Convencionais (CTRS);
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Fornece as coordenadas de um objeto no espaço: estrelas; fontes de rádio extra galácticas – quasar; satélites.
Fornece as coordenadas de um ponto na superfície da Terra.
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE CONVENCIONAL
DEFINIÇÃO
• CCRS – Conventional Celestial Reference System• CIS – Conventional Inertial Reference System
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• Sistema não girante, eixos não girantes em relação às estrelas “fixas”
• É utilizado no cálculo da órbita de satélites artificiais
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- Centro coincide com o centro de massa da Terra
- X aponta para o ponto vernal médio numa determinada época
- Z aponta para o Pólo Norte Celeste médio na mesma época
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE CONVENCIONAL
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Celeste médio na mesma época
- Y torna dextrógiro
- também denominado de referencial Equatorial ou
uranográfico
α - ascensão retaδ - declinaçãoγ - ponto vernal δ=
αδ=αδ=
rsenZ
sencosrY
coscosrX
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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ICRS – INTERNATIONAL CELESTIAL REFERENCE SYSTEM
- X aponta para o ponto vernal médio na época J2000 (dia juliano em 1/1/2000)
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE CONVENCIONAL (ICRS)
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- Z aponta para o Pólo Norte Celeste médio na mesma época
- Y torna dextrógiro
O estabelecimento doCRS era responsabilidade daIAU (União AstronômicaInternacional), em 1988 passoupara o IERS.
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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REALIZAÇÃO
• O sistema é realizado por um catálogo de coordenadas equatoriais (ascensão reta e declinação) de estrelas (+ antigo) ou fontes extragalácticas (quasars) observadas por VLBI (+ atual)
SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE CONVENCIONAL (ICRS)E
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• EXEMPLOS:
- FK 5: catálogo de 1535 estrelas (incerteza de 20 a 30 mas)
- ICRF (International Celestial Reference Frame): substituiu oficialmente o FK 5 em 1/1/1998, conj. de coordenadas equatoriais de fontes de rádio extragalácticas (quasars) determinadas com VLBI
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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EXEMPLO 1: o ICRF1 (1998) é formado pelas coordenadas de 608 fontes de rádio na época 2000,0 (incerteza de 0,5 mas)
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Fonte: http://hpiers.obspm.fr/icrs-pc/icrf/plots/icrf.col.png
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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EXEMPLO 1: ICRF1
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Fonte: http://hpiers.obspm.fr/icrs-pc/
EXEMPLO 2: o ICRF2 (2009) é formado pelas coordenadas de 3414 fontes de rádio na época 2000,0
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CTRS – Conventional Terrestrial Reference System
- Sistema fixo à Terra (rotaciona e translada com ela)
- Geocêntrico, origem coincide com o centro de massa da Terra
Z
CIO
G
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE CONVENCIONAL (CTRS)
DEFINIÇÃO
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o centro de massa da Terra
- Plano XZ contém o meridiano médio de Greenwich
- Eixo Z aponta para o CIO (Conventional International Origin) – posição média do eixo de rotação durante os anos de 1900 a 1905 (fixo na Terra)
- Y torna dextrógiro
Y
EQUADOR
X
G
EIXO DE ROTAÇÃO
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Desde 1970, existe uma recomendação da IAG de que
SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE CONVENCIONAL (CTRS)
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os referenciais sejam orientados de acordo com oconvencional.
www.iag-aig.org
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Os sistemas convencionais: “fixo no espaço” (celeste ouinercial) e o “girante” (terrestre) possuem inter-relação de maneiraque se conhecida a posição do sistema celeste, determina-se aposição do sistema terrestre.
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+consideração dos efeitos
da rotação terrestre
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CELESTE TERRESTRE
Parâmetros de orientação da
3.3 – Sistemas de Referência Celestes (ICRS) e Terrestres Convencionais (CTRS);
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Parâmetros de orientação da Terra – EOP que descrevem as variações ou irregularidades no movimento de rotação da Terra
Os corpos celestes não participam da rotação da Terra
Por quê?
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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3.4 – Parâmetros de orientação da Terra (EOP);
A relação entre os referenciais celeste e terrestre é efetivada pelosparâmetros de orientação da Terra (EOP – Earth OrientationParameters), que são:xPyP - coordenadas do pólo
Precessão e nutação
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Precessão e nutação
TU1
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( ) ( ) ( )PP YX
NPGASTRyRxRY
X
−−=
312
O relacionamento entre os dois sistemas (celeste eterrestre) é feito por meio de uma sequência derotações:
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Agr
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Onde:
xP e yP são as coordenadas do pólo, com origem no CIO
GAST (Greenwich apparent sideral time)
N e P representam correções devido a nutação e precessão
CGZZ
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Lembrando: MATRIZES DE ROTAÇÃO
( )
−=
θθθθθ
cossin0
sincos0
001
R1 ( )
−=
θθ
θθθ
cos0sin
010
sin0cos
R2
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− θθ cossin0 θθ cos0sin
( )
−=100
0cossin
0sincos
R3 θθθθ
θ
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3.5 – Sistema Geodésico de Referência Internacional (ITRS);
Córrego Alegre
Lembrete:
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SAD 69
SIRGAS
ITRS
WGS84
SGR local
SGR geocêntrico
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Sistema Geodésico de Referência Internacional (ITRS )
O ITRS (IERS Terrestrial Reference System), ondeIERS é a sigla para International Earth Rotation andReference System Service), é definido através de umconjunto de convenções da IAG (International
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conjunto de convenções da IAG (InternationalAssociation of Geodesy) e da IAU (InternationalAstronomical Union) para o estabelecimento do que sedenomina a vanguarda científica dos sistemas dereferência terrestres convencionais.
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- EOP determinados com VLBI, fornecem a orientação dos eixos no espaço;
- Centro de massa
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CIO
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- Centro de massa com SLR;
- Posição relativa entre as estações com GNSS (principalmente), PRARE, DORIS e LLR.
Y
EQUADOR
X
EIXO DE ROTAÇÃO
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sura MATERIALIZAÇÃO ou REALIZAÇÃO: denominada de
ITRF (International Terrestrial Reference Frame) é feita por meio do conjunto de coordenadas, velocidades e suas respectivas precisões de um grupo de estações
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determinadas com técnicas espaciais (por exemplo: VLBI, SLR, LLR, GPS e DORIS)
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VLBI (Very Long Baseline Interferometry) – estação de Wettzell na Alemanha
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SLR (Satellite Laser Ranging) – estação de Wettzell na Alemanha
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A IAG possui serviços científicos dedicados a cada uma das técnicas espaciais de observação (cada serviço tem estrutura própria para processar os dados de cada técnica), por exemplo:
IGS – International GNSS ServiceILRS – International Laser Ranging Service
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ILRS – International Laser Ranging ServiceIVS – International VLBI Service for Geodesy and Astrometry
O IERS faz a combinação final das diferentes soluções gerando o ITRFyy e, além disso, fornece os EOP para realizar a conexão entre os sistemas de referência celeste e terrestre.
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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Diferentes realizações do ITRF:
ITRF89,ITRF90,ITRF91,ITRF92,ITRF93,
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ITRF93,ITRF94, (vínculo da 1ª campanha SIRGAS, época 1995,4)ITRF95,ITRF96,ITRF97,ITRF2000, (vínculo da 2ª campanha SIRGAS, época 2000,4)ITRF2005,ITRF2008 eITRF2014.
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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EXEMPLO: ITRF97• Combinação de 19 soluções individuais, de 19 instituições diferentes:- 4 VLBI - 5 SLR- 6 GPS - 3 DORIS- 1 combinada (várias técnicas)
• Solução para 550 estações de observação em 325 lugares
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Azul – 1 técnicaVerde – 2 técnicasLaranja – 3 técnicasVermelho – 4 técnicas
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EXEMPLO: ITRF2000
• Combinação de 20 soluções individuais:- 3 VLBI- 7 SLR- 6 GPS- 2 DORIS- 1 combinada (várias técnicas)- 1 LLR
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- 1 LLR
• Solução (coordenadas e velocidades) em 477 lugares
• Redes de densificação SIRGAS, EUREF (solução GPS)
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EXEMPLO: ITRF2000E
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Fonte: http://itrf.ign.fr/ITRF_solutions/2000/map.php
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EXEMPLO: ITRF2005
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Azul – 1 técnicaVerde – 2 técnicasLaranja – 3 técnicasVermelho – 4 técnicas
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ITRF88
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ITRF2008
934 estações em 580 lugares
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O poliedro (linhas de base) é continuamente monitorado e ajustado ao geocentro de uma época em função de observações SLR e os eixos orientados para a mesma época com os EOP obtidos por VLBI
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Entre as diferentes realizações do ITRF são gerados parâmetros de transformação (transformação de Helmert ou de similaridade): 7 ou 14 parâmetros
- três translações (representam a variação na posição do
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- três translações (representam a variação na posição do centro de massa)
- três rotações
- um fator de escala
- respectivas variações temporais
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
Eng
. Car
togr
áfic
a e
de A
grim
ensu
raE
ng. C
arto
gráf
ica
e de
Agr
imen
sura
3.6 – Sistemas de referência associados com o campo da gravidade;
Eng
. Car
togr
áfic
a e
de A
grim
ensu
raE
ng. C
arto
gráf
ica
e de
Agr
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sura
Coordenadas Astronômicas Créditos: Profa Cida
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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e de
Agr
imen
sura
3.6 – Sistemas de referência associados com o campo da gravidade;
- Observações realizadas na superfície física da Terra estão vinculadas à vertical local (que fornece a direção do vetor gravidade no ponto, não passa necessariamente pelo CM nem pelo eixo de rotação terrestre pois depende
Eng
. Car
togr
áfic
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ensu
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arto
gráf
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e de
Agr
imen
sura
pelo CM nem pelo eixo de rotação terrestre pois depende da distribuição de massas no interior do planeta);
- Desta forma, a vertical local permite a definição e realização de um sistema astronômico local (ou sistema topográfico local) que está associado ao campo da gravidade da Terra
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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3.6 – Sistemas de referência associados com o campo da gravidade;
Sistema Topográfico Local
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FONTE: TORGE, 2001
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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3.7 - Relação de Sistema Topográfico Local e SGRs geocêntricos
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gráf
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sura
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i
i
GP
P
P
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i
i
z
y
x
SRR
Z
Y
X
Z
Y
X
Φ−°Λ−°+
=
223 90180
0
0
0
FONTE: TORGE, 2001
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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sura Lembrando: MATRIZES DE REFLEXÃO
−
= 010001
S
−= 010001
S
3.7 - Relação de Sistema Topográfico Local e SGRs geocêntricos
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sura
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0102S
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100
010
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3S
DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE DEFINIÇÃO DE SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (REFERÊNCIA (SGRsSGRs) MODERNOS) MODERNOS
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223 90180
0
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3.7 - Relação de Sistema Topográfico Local e SGRs geocêntricos
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sura
O relacionamento entre o topográfico local e o SGR geocêntrico necessita do conhecimento das coordenadas
astronômicas (Φ e Λ) do ponto origem (referencial Topocêntrico)
STLGG 0
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sura
- Antigamente por astronomia se obtinha Φ e Λ eposteriormente as coordenadas geodésicas deste mesmoponto vinham da aplicação das equações de orientação:
Relacionamento entre coordenadas geodésicas e astronômicas
3.7 - Relação de Sistema Topográfico Local e SGRs ge ocêntricosE
ng. C
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- hoje pode-se obter ξ e η de modelos do geopotencial eas coordenadas geodésicas vem de posicionamentoGNSS (válido para aplicações locais, áreas pequenas)
ϕξ −Φ= ( ) ϕλη cos−Λ=Onde ξ é a componente meridiana do desvio da vertical e η é a componente primeiro vertical
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