UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Engenharia Cartográfica e de Agrimensura
Disciplina: FUNDAMENTOS EM GEODÉSIA
1° Semestre – 2013 – Prof° Sílvio R.C. de Freitas
Estagiária de docência: Ruth da Maia Moreira
Capítulo 4
Realização de Sistemas Geodésicos de Referência Modernos
SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA
Lembrando...
• SGR é um sistema coordenado utilizado para referenciar características terrestres que na prática serve para obtenção de coordenadas (latitude e longitude e altitude, por exemplo) que possibilitam a localização de qualquer elemento na superfície do planeta.
SGR
Definição Parâmetros geodésicos
fundamentais A, J2, GM, ω
Realização Redes geodésicas de
referência: Pontos com coordenadas conhecidas
Rede Geodésica de Referência Internacional ITRF
• Sistemas Geodésicos de Referência – disponibilizados para o usuário através das redes geodésicas de referência.
• ITRF – International Terrestrial Reference Frame (materialização)
É a realização do ITRS – IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) Terrestrial Reference System
ITRS Definição Conjunto de parâmetros e convenções
Técnicas VLBI SLR LLR
GNSS DORIS
ITRF yyyy Realização
Acurácia poucos mm
• Para fins práticos o WGS 84 é equivalente ao ITRF 2005 - Acurácia média é de aprox. 3mm globalmente
• SIRGAS 2000,4 é baseado no ITRF 2000 Obs: SIRGAS é uma densificação do ITRF
• Os ITRFs já na década de 1980 eram melhores que
1:10.000.000 ou nesta ordem
• ITRF2008 aproxima-se de 1p.p.b.
• Está em desenvolvimento o ITRF2013 (segundo consta em http://itrf.ensg.ign.fr/)
• Gerados para novas épocas de acordo com o avanço tecnológico, novas metodologias, etc.
ITRF
• Na atualidade, um ITRF é sempre obtido dos anteriores por transformação de Helmert ou de Similaridade, a 14 parâmetros:
3 rotações
3 translações
1 escala
+ respectivas variações temporais
http://hpiers.obspm.fr/icrs-pc/
ICRF
• Baseado em cerca de 600 quasares (160 posições
melhores que 0,0003” - 0,9cm e os demais 0,001” - 3cm) • NOTA: quasar = quasi-stellar radio source / fonte de rádio quase estelar
VLBI http://ivscc.gsfc.nasa.gov/about/index.html
Exemplos
• Local: redes de referência cadastral
• Regional: Redes estaduais/regionais – 13 no Brasil, em 18 estados (MT, SP, PR, SC, MG, ....)
• Nacional: (SAD 69), SIRGAS 2000 época 2000,4
• Continental: SIRGAS (Sistema de Referência
Geocêntrico para as Américas)
• Global: ITRF yyyy
• Hierarquia permite manter uma única definição (ITRS) e a realização é uma densificação da rede superior
• TAREFAS COMUNS A TODAS AS REDES:
- Definição de origem, orientação e escala;
- Redes de referência subsequentes utilizam pontos de referência de hierarquia mais alta para definir a origem, orientação e escala;
- Estações fundamentais são necessárias para as redes de referência.
O Sistema Geodésico Brasileiro
SGB
Rede Altimétrica
Rede “Planimétrica”
Horizontal
Rede Gravimétrica
• Para localização no Banco de Dados Geodésicos do IBGE (http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/sgb.shtm)
Rede Altimétrica
• Referência de Nível RN
Rede “Planimétrica”
• Estação de satélite GPS e Doppler
• Estação de poligonal EP
• Vértice de triangulação VT
Rede Gravimétrica
• Estação Gravimétrica EG
Exemplo de localização de estações http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/bdgpesq_googlemaps.php#tabela_dados
Desenvolvimento do SGB
• Desenvolvimento em duas fases:
ANTES da era espacial
- Década de 40
DEPOIS do advento do posicionamento por satélites:
- Década de 70, observados satélites do sistema TRANSIT
- Década de 80: NAVSTAR/GPS
Rede “planimétrica” - histórico
• 1939: primeiros levantamentos geodésicos para atualização da CIM de 1922;
• 1944: medida a primeira base geodésica, iniciando o estabelecimento sistemático do SGB;
• Década de 70: primeiros rastreios de satélites do sistema Navy Navigation Satellite System (NNSS) ou TRANSIT. Utilizado para estabelecer estações geodésicas na Amazônia;
• 1991: IBGE adquiriu os primeiros receptores GPS – densificação dos marcos planimétricos do SGB.
Rede “planimétrica” - histórico
• 1996: operacionalização da RBMC – Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do Sistema GPS - conceito de redes “ativas” através do rastreio contínuo de satélites GPS.
Rede altimétrica - histórico
• 1945 – a Seção de Nivelamento iniciou os trabalhos de Nivelamento Geométrico de Alta Precisão, em Santa Catarina;
• 1946 – conexão com a Estação Maregráfica de Torres (RS) – cálculo das altitudes das RRNN já implantadas;
• 1958 – Datum de Torres foi substituído pelo Datum de Imbituba, que contava com mais de nove anos de observações.
Rede altimétrica - histórico
• Rede Altimétrica de Alta Precisão (RAAP) do SGB (RAFB – Rede Altimétrica Fundamental do Brasil)
- Diversos ajustamentos manuais, conforme o desenvolvimento e as ferramentas disponíveis para cada época (1948, 52, 59, 62, 63, 66, 70 e 75)
- Em 2005 – ajustamento simultâneo, com inclusão de novas estações
• Cálculo do ajustamento - software canadense GHOST (Geodetic
adjustment using Helmert blocking Of Space and Terrestrial data)
Rede altimétrica - histórico
• Foram disponibilizadas altitudes ajustadas de aprox. 69.000 RRNN, com seus desvios-padrão.
• No Amapá não foi possível conectar as altitudes com o Datum de Imbituba
- estabelecido o Datum Santana, com observações do NMM no Porto de Santana de 1957 a 1958.
• Em 2011 – divulgado um novo ajustamento
Rede gravimétrica - histórico
• 1956: durante estabelecimento do vértice Chuá, foram determinadas mais de 2000 estações gravimétricas
• 1990: adquiriu caráter sistemático – mais de 26000 estações
• A partir de 2006: vem sendo executadas campanhas de levantamento gravimétrico sobre as linhas de nivelamento – obtenção de altitude ortométrica.
A Evolução do SGB
CÓRREGO ALEGRE
• Definição
- Elipsóide Internacional de Hayford de 1924
- Semi-eixo maior α = 6.378.388m
- Achatamento f = 1/297
- Ponto origem: vértice Córrego Alegre-MG
- Orientação arbitrária: ondulação geoidal (N) e componentes do desvio da vertical (ξ e η) iguais a zero
Córrego Alegre
- Coordenadas determinadas astronomicamente e transformadas em geodésicas com as equações:
• Boa adaptação geóide-elipsóide na região de Minas Gerais e São Paulo
• Discrepâncias crescentes conforme se afastava do Datum.
South American Datum 1969 – SAD69
• Oficialmente adotado no final da década de 70
• Definição
- Elipsóide de Referência Internacional de 1967
- Semi-eixo maior α = 6.378.160m
- Achatamento f = 1/298,25
- Ponto origem: vértice Chuá-MG (TOPOCÊNTRICA)
- Orientação e origem: buscou-se minimizar as diferenças em relação ao geóide no continente sul americano
SAD69
• Cartas existentes em SAD-69
• Reajustado em 1996
- Coordenadas diferem de até 15 metros das originais em SAD-69 (distorções na rede)
- Desde 1997 as coordenadas disponibilizadas aos usuários são as reajustadas.
O SIRGAS
• Projeto Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas – SIRGAS (20 anos – 1993 a 2013)
Definição: idêntica ao ITRS Realização: densificação regional do ITRF 2000 • Parâmetros definidores: - Sistema Geodésico de Referência: ITRS - Elipsóide do Sistema Geodésico de Referência de
1980 – GRS80 - Semi-eixo maior α = 6.378.137m - Achatamento f = 1/298,257222101 - Origem: centro de massa da Terra
O SIRGAS – sistema vertical Está em desenvolvimento: • Definição e realização de um sistema vertical de
referência que deve: ser referenciado a um nível unificado de
referência global (W0); Ser materializado por altitudes físicas
propriamente ditas (nivelamento combinado com reduções do efeito gravitacional);
Estar conectado ao sistema de referência geométrico do SIRGAS;
Estar associado a uma época específica (variação das coordenadas no tempo).
A rede SIRGAS
• Início: Conferência Internacional para a definição de um Sistema de Referência Geocêntrico para a América do Sul – Assunção - Paraguai em 1993.
Objetivos:
- Definir um sistema de referência geocêntrico para a América do Sul;
- Estabelecer e manter uma rede de referência;
- Definir e estabelecer um datum geocêntrico.
Participação de países da América Latina e Caribe
Duas realizações: 1995 e 2000
A rede SIRGAS • 2001: Mudado o nome de Sistema de Referência
Geocêntrico para a América do Sul para Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas – extensão da rede e recomendação da ONU-2001
• Existem 5 centros de análises, com objetivo de:
Processar, comparar e combinar os dados GPS das estações permanentes localizadas na América Latina e Caribe Manter a Rede de Referência SIRGAS Realizar a integração com a Rede Global do International GNSS Service (IGS)
Estrutura http://www.sirgas.org/index.php?id=49
A rede SIRGAS É quadridimensional: X, Y, Z e velocidades
Coordenadas
Variação no Tempo
Velocidades individuais das
estações
Modelo contínuo de velocidades (continental)
Época
Reduzir à época 2000,4
• Corresponde ao ITRF94, época 1995,4
• Rede GPS de alta precisão – 58 estações
1ª realização
SIRGAS 95
• Reocupação – extensão para Caribe/América do Norte e Central
• 184 estações
• Corresponde ao ITRF2000, época 2000,4
• Precisão de 3 a 6mm
2ª realização
SIRGAS 2000
• Operação contínua
• Mais de 300 estações GNSS de funcionamento permanente
• 58 estações pertencem à rede global do IGS
• Coordenadas calculadas semanalmente pelos centros de processamento e combinação SIRGAS (Equador, Chile, Argentina, Venezuela, Brasil, Colômbia, Argentina, México e Uruguai)
3ª realização
SIRGAS-CON
A rede SIRGAS
Relação entre as diferentes realizações: parâmetros de transformação entre os ITRFs correspondentes e redução das coordenadas à mesma época de referência
SIRGAS CON-C -rede fundamental -densificação primária do ITRF SIRGAS CON-D -rede complementar -marcos de referência de interesse nacional
Velocidades http://www.sirgas.org/fileadmin/images/Vemos2009_ITRF2005.png
Precisões
Redes clássicas de orientação topocêntrica e Data locais
Precisão relativa de 1:100.000 a 1:150.000 Redes globais de orientação geocêntrica Precisão relativa de 1:10.000.000 Modernas técnicas como satélites altímetros,
imageadores multiespectrais e sensores gravimétricos fornecem as informações em SGRs geocêntricos.
Conversão e Integração entre Redes Geodésicas de Referência
• Devido à evolução do SGB, a tarefa de transformação entre dois sistemas é muito comum;
• Por exemplo, para transformação do Córrego Alegre para SAD 69 efetua-se as translações:
ΔX = -138,70m ΔY = 164,40m ΔZ = 34,40m Resolução PR n° 22, de 21/07/83
WGS/SAD69
• Parâmetros de transformação do WGS (primeira realização) para SAD 69, com erros estimados em torno de 40 cm na região do Datum:
ΔX = 66,87m
ΔY = -4,37m
ΔZ = 38,52m
SAD69/96
• A nova realização do SAD69 (1996), para efeitos de análise qualitativa, foi integrada com o ITRF1994 via rede SIRGAS, com erro médio inferior a 1m.
• Se comparado o SAD 69 reajustado com sua realização anterior, tem-se uma variação média de 15m, com variações extremas de até 45m.
Transformação SAD69-SIRGAS2000 • Até 2015 todos os trabalhos realizados deverão estar referidos
ao SIRGAS 2000.
Resolução PR n° 1, de 25/02/2005
• Lembrando: NÃO EXISTEM parâmetros de transformação entre WGS-84 e SIRGAS2000: para fins práticos são coincidentes.
Transformação entre SGRs
IMPORTANTE:
• Quando se realiza uma transformação de um sistema para outro, a precisão do sistema de saída estará condicionada ao sistema MENOS preciso.
• Porém pode-se melhorar um referencial menos preciso através da incorporação de técnicas modernas.
Dados para o trabalho
• Cálculo de coordenadas geodésicas cartesianas
Resolução PR do IBGE n°23, de 21 de fevereiro de 1989 ou
Apêndice do texto “Bases Cartográficas e SIG”
• Parâmetros de transformação SAD/SIRGAS
Resolução PR do IBGE n°1, de 25 de fevereiro de 2005
• Transformação de Similaridade
Apêndice do texto “Bases Cartográficas e SIG”
• Fórmulas simplificadas de Molodensky
Resolução PR do IBGE n°22, de 21 de julho de 1983
Referências – páginas consultadas
• http://www.sirgas.org
• http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/default_sgb_int.shtm?c=1
• http://itrf.ensg.ign.fr/
• http://hpiers.obspm.fr/icrs-pc/
• http://ivscc.gsfc.nasa.gov/about/index.html
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