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Integridade, disponibilidade e acurácia no posicionamento RTK e

1. Compara o entre os resultados de VPL e os erros obtidos na esta o PANO para Ga 03120000 sustos sau a a nndanienea A Ta dsEg as 120 LISTA DE QUADROS Quadro 01 Condi es de opera o do sistema ir ereeeerereereercarennca 39 Quadro 02 Tipos de mensagem RTCM qua sussa ont ceed i Bae a eee 44 Quadro 03 Grupos de mensagens RTK se c cscccscsccaspevtedaeaesoacsasvetevsaansvensegdeeasdenabvceausactodacaenaased ee 49 Quadro 04 Tipos de mensagens que suportam diferentes n veis de servi o RTK 50 Quadro 05 Estrutura dos quadros na vers o 3 X ecceessecesnceceseecesseecesneeceeneecseneecseeeecseeeeeseeeenaes 51 Quadro 06 Defini o de Pacote de Registro de Medi o Compacto CMR 53 Quadro 07 Faixas de frequ ncia versus precis o rrenan 55 Quadro 08 Pilha de protocolo divido em camadas sssessseeeseeessseesseesseesseresseeesseesseesseesseeesseee 57 Quadro 09 Principais diferen as entre as tecnologias GSM GPRS e EDGE 61 Quadro 10 Descri o dos modelos utilizados no GPSNet pelos m dulos de processamento JE TEJO spa a ache Baie ek EE Nal ah DR DA io 68 Quadro 12 Lista de receptores que comp em as esta es de refer ncia da rede GNSS SP 72 Quadro 13 Descri o das estrat gias de Coleta sianiaganees sonoro saida des ceadencasseoeoe adanweesecascessa
2. Normal Activity Ex 2 E 3 E E 8 123 4 65 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour of Day11 01 2010 Figura 46 195 para a rede GNSS SP no dia 11 01 2010 High Activity Medium Activity Normal Activity amp x E i E S 2 a o E S TZ 3 4 6 amp 7 8 9 19 41 42 1914401516 1748 19 2022 23 24 Hour of Day 12 01 2010 Figura 47 195 para a rede GNSS SP no dia 12 01 2010 Como pode ser observado na Figura 46 os valores obtidos para o I95 entre 8 e 12 horas s o menores que 3 o que d ind cios que o per odo da manh apresenta uma condi o melhor para o posicionamento RTK e RTK em rede se comparado ao per odo da tarde Tamb m pode se observar que s 17 horas n o foi calculado o I95 provavelmente devido software GPSNet ter sido reiniciado Analisando os valores obtidos para o dia 12 Figura 47 verifica se um comportamento similar ao obtido no dia 11 pois os menores valores ocorrem no per odo da manh J no per odo da tarde ha um ligeiro aumento e durante a madrugada entre 1 e 5 horas e ap s as 20 horas observa se valores maiores que 6 108 6 2 6 2 Indicadores da acur cia As Figuras 48 e 49 apresentam o EMQ para as componentes N E e h obtidos com diferentes estrat gias Durante os experimentos a esta o ROSA foi utilizada como a base 1 40 1 20 1 00 0 80
3. o de pacotes Packet Data PD para a transfer ncia de dados via rede sem fio o que prov mobilidade aos usu rios Cabe ressaltar que a maioria das aplica es implementadas para a rede GPRS utilizam o protocolo IP A tecnologia EDGE uma evolu o da tecnologia GPRS tamb m conhecida como GPRS Melhorado Enhanced General Packet Radio Service EGPRS A rede EDGE id ntica rede GPRS A nica diferen a est na interface a rea especificamente a de rede que suporta a modula o 8 PSK Phase shift keying a qual permite uma transmiss o de dados tr s vezes maior do que a Gaussian Minimum Shift Keying GMSK Modula o estreita da faixa utilizada na rede GPRS O esquema de modula o utilizando oito s mbolos 3 bits s mbolo proporciona uma melhor efici ncia espectral enquanto a GMSK utiliza apenas dois s mbolos 1 bit s mbolo SVERZUT 2005 61 Para o usu rio as principais diferen as entre as tecnologias GSM GPRS e EDGE est o associadas taxa de transmiss o No Quadro 09 poss vel identificar a taxa m xima de transmiss o para cada tecnologia Quadro 09 Principais diferen as entre as tecnologias GSM GPRS e EDGE Taxa de transmiss o Taxa de transmiss o Tecnologia Servi o m xima por TS time m xima por quadro slot kbits s 8 TS time slot kbits s Voz 13 13 GSM Dados por comuta o de circuitos 14 4 14 4 Voz 13 13 GEES Dados por comuta
4. o via internet em campo Em rela o aos experimentos estes foram realizados utilizando diferentes configura es do sistema Para isto quatro estrat gias de coleta foram adotadas e suas particularidades s o apresentadas no Quadro 13 Quadro 13 Descri o das estrat gias de coleta Estrat gias Descri o VRS Foi utilizada como refer ncia uma VRS gerada pelo sistema pr xima ao usu rio No posicionamento foram empregadas as observ veis dos sistemas GPS e GLONASS GNSS e a observ vel L2C VRS_S Foi utilizada como refer ncia uma VRS gerada pelo sistema pr xima ao usuario empregando apenas as observaveis GPS sem a observavel L2G RTK Foi utilizada como refer ncia uma esta o da rede neste caso a mais pr xima que a mesma utilizada como base pelo RTKNet para gerar a VRS No posicionamento foram empregadas as observ veis GNSS incluindo o c digo L2C RTK S Foi utilizada como refer ncia uma esta o da rede neste caso a mais pr xima No posicionamento foram empregadas as observ veis GPS sem o c digo L2C Em todas as coletas foram adotadas as quatro estrat gias descritas no Quadro 13 para que fosse poss vel comparar os m todos de posicionamento RTK e RTK em rede al m de verificar se a utiliza o do sistema GLONASS e do c digo civil L2C proporcionariam melhorias no posicionamento As estrat gias adotadas para as coletas seguiram alguns crit
5. Assumindo um receptor r localizado em uma esta o de refer ncia real A com suas coordenadas representadas pelo vetor X4 e uma esta o virtual VRS representada por X pode se representar as duas observ veis respectivamente com as seguintes equa es 1 D7 Xa ta Pr Xa ta Np fA ta 2 4 1 07 Xy ty Pr Xv ty NF fA F ty 2 5 ta o tempo de transmiss o do sinal para a esta o base em segundos ty o tempo de transmiss o do sinal para a esta o VRS em segundos Para obter os dados da esta o virtual faz se o deslocamento geom trico da esta o para a VRS A Figura 02 ilustra os elementos envolvidos no c lculo para 1 sat lite 33 S1 w i N gt j aen E A t Ria SN j S 2 l Linha base a Esta o Base A YRS Figura 02 Deslocamento geom trico da esta o base para VRS Fonte Adaptado de Alves 2008 Segundo Hofmann Wellenhof Lichtenegger e Wasle 2008 para obter o deslocamento da esta o real para a VRS faz se a diferen a entre as equa es 2 4 e 2 5 5 Xy ty OF Xa ta FPE Xv ty 7 4 Ka ta 2 6 Fazendo um rearranjo esta medida pode ser representada matematicamente por 5 Xy ty DEM ta 5 py Xv ty P Ea ta 2 7 O lado esquerdo da equa o 2 7 a quantidade da observ vel desejada para a VRS e pode ser obtida conhecendo se as coordenadas da esta o A as coordenadas do sat lit
6. DGPS Para o funcionamento desses m dulos necess rio adicionar inicialmente o m dulo Synchronizer respons vel por coletar os dados das esta es de refer ncia e envi los aos m dulos de processamento 68 O m dulo Synchronizer tamb m respons vel por determinar os atrasos com rela o ao recebimento dos dados de cada esta o de refer ncia e o gerenciamento de quais esta es podem ser habilitadas a entrar ou n o nos m dulos de processamento em rede As unidades centrais de c lculo no GPSNet s o respons veis pela cria o dos modelos de ionosfera e troposfera para toda a rede de esta es de refer ncia O sistema em rede depende de alta acur cia das coordenadas das esta es de refer ncia e defini es de corre es de antena Assim h a necessidade de monitorar cada posi o em tempo real e para isto utiliza se o m dulo Monitor de Coordenadas Coordinate Monitor Durante o per odo de inicializa o os m dulos de processamento RTKNet ou DGPSNet processam as linhas de base entre as esta es de refer ncia Esse processo toma alguns minutos dependendo da situa o dos sat lites e n mero de esta es dispon veis Algumas condi es s o necess rias para que as corre es de rede sejam transmitidas S o necess rias observa es simult neas de pelo menos 5 sat lites e 3 esta es A necessidade de 3 esta es para satisfazer a condi o m nima para a determina o de um plano de c
7. e da tarde ta natn Contras SR a o dune E E DS e S 92 Figura 27 Configura o das esta es pr ximas a ASSI eee 93 Figura 28 Local do experimento em ssis re ereeerereneenaceraaceraaea 93 Figura 29 I95 para a rede GNSS SP no dia 13 01 2010 94 Figura 30 I95 para a rede GNSS SP no dia 14 01 2010 94 Figura 31 EMQ obtido na esta o ASSI no dia 13 01 2010 no per odo da manh e da tarde 95 Figura 32 EMQ obtido na esta o ASSI no dia 14 01 2010 no per odo da manh e da tarde 96 Figura 33 Configura o das esta es pr ximas a TUPA rea 97 Figura 34 Local do experimento em Tup rr eccreeecererecerercereracareaa 97 Figura 35 I95 para a rede GNSS SP no dia 18 11 2009 98 Figura 36 I95 para a rede GNSS SP no dia 19 11 2000 98 Figura 37 EMQ obtido na esta o TUPA no dia 18 11 2009 no per odo da manh e da tarde 99 Figura 38 EMQ obtido na esta o TUPA no dia 19 11 2009 no per odo da manh e da tarde 100 Figura 39 Configura o das esta es pr ximas a PANO 101 Figura 40 Local do experimento em Panorama e erereeereareeraanes 102 Figura 41 I95 para a rede GNSS SP no dia 02 12 2009 102 Figura 42 I95 para a rede GNSS SP no dia 03 12 2009 103 Figura 43 EMQ obtido na esta o PANO no
8. o aproximada de 14 do campo de visada do receptor Essa obstru o ocasionou a determina o de outro ponto para a esta o BATA localizado na pra a aproximadamente 50 m da escola A esta o BATA dista aproximadamente 104 39 km da esta o de refer ncia ROSA como pode ser observado na Figura 45 ILHA 138km s g BATA a Cf if S E va ye ROSA oO 60km Figura 45 As esta es mais pr ximas a BATA A esta o BATA est localizada fora do limite de abrang ncia da rede GNSS SP limite esse definido pelas esta es de refer ncia que circundam a rede Esta esta o pode ser considerada em situa o desfavor vel se comparada com as demais esta es utilizadas nos experimentos pois est a 10 km de dist ncia da rea abrang ncia da rede Espera se que por estar fora da rede n o sejam obtidos resultados melhores que no seu interior O experimento conduzido na esta o BATA seguiu a mesma metodologia utilizada nas demais esta es e os dados foram coletados durante os dias 11 e 12 01 2010 6 2 6 1 195 A partir dos valores obtidos para o I95 no contexto da rede GNSS SP poss vel analisar os experimentos realizados na esta o BATA Para a esta o BATA 107 utilizou se os valores do 195 apresentados nas Figuras 46 e 47 obtido para cada hora ao longo do dia High Activity Medium Activity
9. pois excluindo uma das esta es no momento de gerar as corre es pode se analisar a qualidade sobre a esta o n o utilizada A utiliza o de um n mero maior de esta es de refer ncia permite ainda fazer a combina o destas observa es por meio de t cnicas de modelagem e assim tratar os erros atmosf ricos dentro da rea de abrang ncia da rede A modelagem dos erros facilita a 3 Os dados das esta es s o usados interativamente para modelar os erros correlacionados na regi o de abrang ncia da rede ALVES AHN e LACHAPELLE 2003 29 solu o correta das ambiguidades da fase da onda portadora condi o para obten o da acur cia a n vel centim trico no posicionamento De acordo com Fotopoulos 2000 todas as t cnicas baseadas em m ltiplas esta es de refer ncia necessitam do conhecimento a priori das ambigiiidades das duplas diferen as entre as esta es de refer ncia da rede Ap s solucionar as ambigiiidades as corre es da rede e ou os dados da Esta o de Refer ncia Virtual VRS podem ser gerados e ent o fornecidos aos usu rios para melhorar a acur cia do posicionamento Por m Alves 2008 adotou uma metodologia que utiliza modelos para obter o erro nas esta es da rede sem solucionar o vetor das ambigiiidades As caracter sticas b sicas do RTK em rede s o mais esta es s o utilizadas como refer ncia podendo variar de tr s a dezenas ou a centenas esta es a possibilidade
10. 1 1 0 9 0 8 07 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 m HPL o y E Acur HZ m AL ao eget na tarde Estrategias inicializa es e hor rios Figura 55 Compara o entre os resultados de HPL e os erros obtidos na esta o PANO para o dia 03 12 2009 Nota se na Figura 55 que dos 16 casos analisados seis apresentaram valores de HPL inferiores a acur cia o que representa aproximadamente 35 dos resultados Al m do mais quatro desses pontos obtiveram valores de HPL que garantiam a integridade por m os valores de acur cia ultrapassam o AL informa o equivocada No per odo da manh obteve se o melhor desempenho e pode se observar que nas estrat gias RTK Se VRS_S os valores de acur cia em rela o ao HPL s o mais coerentes VPL gt Acur cia No per odo da tarde poss vel observar que os casos obtidos nas estrat gias VRS 14h2min e VRS S 14h59min apresentam valores de HPL que informam a perda da integridade Por m cabe salientar que no per odo da tarde as estrat gias VRS e VRS S foram coletadas com ambigiidades flutuantes Voltando a analisar o per odo da tarde observa se que na primeira e segunda inicializa o obtidas para a estrat gia RTK S h problemas com a solu o das ambiguidades Neste caso t m se valores de HPL da ordem de 6 cm ao passo que a acur cia obtida foi de 40cm para a coleta as 15h5min e 26cm para as 15h13min Na analise geral dos valores de HPL apresentados na Figura 55 poss
11. 92 0 20 0 15 E g 0 10 Z 0 05 H Erro N b Erro E 0 00 R HErro h VRS RTK VRSS RIKS VRS RTK VRSS RIKS Estrat gias de posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 7h13min e 8h28min b Per odo da tarde entre 12h43min e 13h40min Figura 26 EMQ obtido na esta o ADAM no dia 21 11 2009 no per odo da manh e da tarde Analisando a Figura 25 a n o poss vel afirmar qual a melhor estrat gia para o posicionamento pois utilizando RTK ou RTK em rede os resultados foram bastante semelhantes J na Figura 25 b a estrat gia RTK apresentou resultados melhores principalmente na componente altim trica se comparado a VRS Sendo que essa diferen a foi da ordem de 13 cm Entretanto o RTK S apresentou resultados piores tanto para a componente altim trica como nas componentes horizontais provavelmente devido a ionosfera pois o valor do I95 obtido em torno das 16 horas foi maior No que concerne a Figura 26 a poss vel ver claramente que os resultados do RTK e RTK S foram melhores Isso mostra como a ionosfera parece afetar mais a qualidade dos resultados obtidos a partir do RTK em rede VRS e VRS S pois ao analisar os valores do I95 dos dias 20 e 21 verifica se que no dia 21 esse ndice foi maior para o per odo referente s coletas que no dia 20 Isso evid ncia uma maior sensibilidade aos efeitos da ionosfera no posicionamento em rede fato que diverge do es
12. E o 0 60 0 40 HErro N 0 20 H Erro E WErro h 0 00 VRS RTK VRSS RIKS VRS RTK VRSS RIKS Estrat gias de posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 9h43min e 11h11min b Per odo da tarde entre 15h42min e 16h44min Figura 48 EMQ obtido na esta o BATA no dia 11 01 2010 no per odo da manh e da tarde 1 40 1 40 1 20 1 20 1 00 1 00 0 80 E 0 80 E o o 0 60 0 60 us 0 40 0 40 E Erro N E Erro N 0 20 i Erro E 0 20 bi Erro E H Erro h a 0 00 0 00 E Erro h VRS RTK VRSS RTK_S VRS RTK VRSS RTKS Estrat gias de posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 7h53min e 9h43min b Per odo da tarde entre 13h12min e 15h21min Figura 49 EMQ obtido na esta o BATA no dia 12 01 2010 no per odo da manh e da tarde Verifica se na Figura 48 a que o melhor resultado obtido foi para a estrat gia RTK pois os valores obtidos nessa estrat gia para as componentes N E e h foram 109 6 0 2 8 e 8 6 cm respectivamente J na estrat gia VRS obteve se 30 7 cm 48 4 cm e 1 434 m Observa se que as diferen as s o bastante significativas Nas estrat gias VRS_S e RTK_S os valores foram similares apenas na componente altim trica obteve se uma diferen a maior Nota se que no per odo da tarde Figura 48 b as estrat gias RTK eRTK S apresentaram desempenho melhor que as estrat gias baseadas no RTK em rede Na Figura 49 b poss vel observar que as es
13. Sask Transmiss o VIA TAQIO rsss seschei esses se sara et Lied scale do as hea add ara ee E uso cana E 55 3 4 2 Transmiss o de dados via rede de telefonia m vel 56 3 4 2 1 Tecnologias de acesso a internet m vel ccssccecesssececessneeeeeseneeeesssteeeeeees 58 4 SISTEMAS DISPON VEIS PARA RTK EM REDE 62 ASTIN TRODU CAO o tis cida o Ci ieee ves asda ai did E a tae Ae Marae a 62 AD GP SIN ET 005 assa are crise E AE passada do tesco E NETO USOS ca E do ean pases Es Pav NEE Rg GEO 63 4 2 1 Conex o das esta es de refer ncia com o GPSNet 65 4 2 2 Conex o do GPSNet com os usu rios ccsccccceceesessssececececseeessnsseceseceeseseneaaes 65 4 2 3 M dulos do programa GPS Net st ito cecal ena pass da des piqea baderna sda 66 4 2 4 Processamento de dados de uma rede GPS GNSS ou ccccceesessssececeeeeeesenseaees 67 4 2 5 Produ o de dados para clientes em tempo real eee eeeceeceeeeeceeeeeeeteeeeseeeenaees 69 5 DESCRI O DA METODOLOGIA ADOTADA NESTA PESQUISA 71 SHIN TRODU CAO quintas ai ba aaa tia ia A a toca paeenahines 71 5 2 REDE GNSS UTILIZADA E SOFTWARE ccccessessssssececesceesseaecececeesseesssseaeeeeeesesseessseaeeeeens 71 5 3 CONFIGURA ES UTILIZADAS NO GPSNET ccccccccccecesececcececeseceseceseeececeseeeeseseseseeeeeeecs 74 5 4 ESTRAT GIAS ADOTADAS DURANTE AS COLETAS DE DADOS ccesssecesseecsseecesseessseeeesaes 77 5 5 LOCAIS DAS COL
14. Utilizando todos os resultados obtidos nas diferentes esta es dias e per odos manha e tarde foi calculado a m dia geral para EMQ nas componentes N E e h para as diferentes estrat gias VRS RTK VRS_S e RTK_S Na Tabela 04 s o apresentados os valores m dios obtidos para cada estrat gia Tabela 04 M dia geral do EMQ para as componentes N E e h m Componentes Estrat gias N DP E DP h DP VRS 0 159 0 223 0 169 0 286 0 480 0 610 RTK 0 052 0 064 0 029 0 031 0 076 0 051 VRS S 0 132 0 268 0 151 0 228 0 518 0 777 RTK S 0 060 0 083 0 050 0 085 0 147 0 177 Desvio padrao da m dia 112 Observando a Tabela 04 pode se perceber que na m dia a estrat gia RTK proporcionou o melhor desempenho cujo EMQ foi de 5 2 2 9 e 7 6 cm respectivamente paras as componentes N E e h J a estrat gia VRS que utilizou as mesmas observ veis proporcionou 15 9 16 9 e 48 cm respectivamente para as mesmas componentes Comparando as estrat gias RTK S e VRS S apresentados na Tabela 04 observa se que novamente a estrat gia baseada numa nica esta o base RTK S obteve resultados melhores e pode se verificar que as diferen a s o bastante significativas Na configura o atual da rede GNSS SP com a atual densidade poss vel concluir que o RTK em rede mais influenciado pelos fatores de dist ncia e ionosfera 195 que o RTK A compara
15. es principalmente do esquema de paridade das vers es 2 x que usam palavras com 24 bits de dados seguidos por 6 bits da paridade desperdi ando a largura de banda Outra reclama o foi que a paridade bastante dependente de palavra por palavra Ent o o novo padr o nas vers es 3 x destinado a corrigir essas defici ncias RTCM 2004 O lan amento inicial do novo padr o em 2004 isto a Vers o 3 0 cumpriu com o objetivo de suportar opera es cinem ticas em tempo real RTK e depois em 2006 com o lan amento da vers o 3 1 indicada como padr o RTCM 10403 1 em que incorpora corre es de Rede GPS e permite a um receptor m vel obter as informa es corretas para o RTK dentro de uma grande rea Vale ressaltar que a vers o 3 x possibilita a transmiss o de uma quantidade maior de informa es permitindo assim a realiza o de muitas aplica es que requerem a transmiss o de grande quantidade de dados como o RTK em rede RTCM 2006 O RTCM 3 1 cont m mensagens que suportam dados GPS e GLONASS para o RTK incluindo observa es do c digo e da fase da onda portadora par metros da antena par metros auxiliares do sistema e tamb m uma mensagem de texto Unicode fornecida para a transmiss o de dados textuais Finalmente um conjunto de mensagens foi reservado para os fabricantes que queiram encapsular dados propriet rios nas suas transmiss es Essa vers o tamb m descreve as t cnicas para apoiar as opera es
16. es e recomenda es 24 2 POSICIONAMENTO GNSS BASEADO EM REDES 2 1 Aspectos introdut rios Os m todos de posicionamento baseados no GNSS s o diferenciados principalmente com rela o a qual referencial as coordenadas s o determinadas Quando estas s o obtidas diretamente em rela o ao geocentro o posicionamento classificado como posicionamento absoluto ou posicionamento por ponto PP Neste m todo tem se apenas um receptor e a determina o da posi o baseada nas pseudodist ncias derivadas do c digo C A MONICO 2008 SEEBER 2003 Outra estrat gia no posicionamento a ado o das efem rides precisas corre es dos rel gios e os dados de fase da onda portadora e nesse caso denominado de posicionamento por ponto preciso PPP MONICO 2008 Quando as coordenadas s o determinadas com rela o a um referencial materializado por uma ou mais esta es de coordenadas conhecidas utilizando AX AY e AZ este denominado de posicionamento relativo Neste m todo h necessidade de dispor de dois ou mais receptores coletando dados simultaneamente sendo que um receptor rastreia os dados nos pontos que se deseja determinar as coordenadas e o outro receptor denominado de base permanece fixo sobre a esta o de coordenadas conhecidas Atualmente com a disponibiliza o das redes ativas RBMC RIBAC e a GNSS SP poss vel utilizar as esta es de refer ncia pertencentes a estas redes MONICO 2008 Os dado
17. limita seu uso na maioria das vezes a dist ncias menores que 4 3 km Segundo o autor operar nas frequ ncias VHF e UHF limitam seu uso linha de visada d cujo valor aproximado pode ser dado pela equa o d 357Vk Vhe Shy 2 13 onde d alcance do sinal em quil metros h altura em metros da antena transmissora h altura em metros da antena receptora k fator de influ ncia da refra o atmosf rica k 1 33 para climas temperados Em casos onde se necessita de uma maior cobertura os usu rios podem empregar repetidoras de r dio Em reas residenciais compostas de pr dios e obst culos perto da linha de visada do r dio pode haver dificuldade nas opera es e nesse caso pode se utilizar redes de telefone celular as quais atendem as necessidades 3 4 2 Transmiss o de dados via rede de telefonia m vel Nas ltimas d cadas a evolu o tecnol gica tem provocado transforma es na sociedade em geral possibilitando o desenvolvido de novas aplica es principalmente as apoiadas nos grandes avan os da Internet em sistemas m veis No que diz respeito capacidade de transmiss o de dados crescente a utiliza o deste meio de comunica o em aplica es GNSS como o DGPS DGPS em rede RTK e RTK em rede Pode se ressaltar que 10 2 g PO As alturas das antenas transmissora h e receptora h tomada em rela o a um plano de refer ncia acima de um horizonte comum altura
18. lt http www rtcm org overview php gt Acesso em 16 Jun 2009 RTCM THE RADIO TECHNICAL COMMISSION FOR MARITIME SERVICES Recommended standards for differential GNSS Global Navigation Satellite Systems Service Version 2 3 Comit Especial RTCM N 104 2001 RTCM THE RADIO TECHNICAL COMMISSION FOR MARITIME SERVICES Recommended standards for differential GNSS Global Navigation Satellite Systems Service Version 3 0 Comit Especial RTCM N 104 2004 RTCM THE RADIO TECHNICAL COMMISSION FOR MARITIME SERVICES STANDARD 10403 1 for differential GNSS Global Navigation Satellite Systems Services Version 3 1 Comit Especial RTCM N 104 2006 SAATKAMP E D Desenvolvimento e experimenta o de um formato para a transmiss o de corre es DGPS pelo RDS no Brasil 2003 162f Tese Doutorado em Ci ncias Geod sica Universidade Federal do Paran Curitiba SEEBER G Satellite Geodesy foundations methods and applications Berlin New York Walter de Gruyter 2003 SVERZUT J U Redes GSM GPRS EDGE e UMTS evolu o a caminho da terceira gera o 3G S o Paulo Erica 2005 TANENBAUM A S Redes de computadores Tradu o por V D Souza 4 ed Rio de Janeiro Elsevier 2003 Tradu o de Computer networks 4 ed TALBOT N C Compact data transmission standard for high precision GPS In ION GPS 1996 Kansas City Missouri p 861 871 Proceedings of 1996 Improvements in the Compact M
19. ndice utilizado para analisar os experimentos realizados no contexto da rede GNSS SP Assim os valores do I95 obtidos para cada hora do dia de coleta s o apresentados nas Figuras 17 e 18 High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 123 45 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour of Day 19 02 2010 Figura 17 Valores do ndice 195 na rede GNSS SP para o dia 19 02 2010 87 High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 123 4 6 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour of Day 20 02 2010 Figura 18 Valores do ndice 195 na rede GNSS SP para o dia 20 02 2010 Na Figura 17 verificou se que os valores do ndice 195 ao longo do dia tiveram grandes varia es Por exemplo as 10 horas foi obtido o valor m nimo de 3 em ppm da Ll e as 21h o valor m ximo de 21 Assim ao analisar a Figura 17 verifica se que as melhores condi es para o posicionamento ocorrem durante o per odo da manh entre 5 e 12 horas hor rio local pois neste per odo os valores obtidos para o I95 s o menores J no dia 20 os valores do 195 tamb m apresentaram grandes varia es ao longo do dia conforme Figura 18 Mas novamente o per odo que apresentou a melhor condi o foi o per odo da manh no qual o melhor hor rio foi s 7 horas pois o valor do 195 foi inferior a 2 Outro ponto que
20. o Paulo Rede GNSS SP que foi implantada com o intuito de aumentar a disponibilidade de esta es ativas no estado e com isso permitir a modelagem dos erros sistem ticos na regi o fazendo com que a acur cia do posicionamento seja melhorada Al m disso possibilita o desenvolvimento de pesquisas dentro do contexto de posicionamento geod sico com dados disponibilizados em tempo real com aplica es na meteorologia estudos da ionosfera al m do RTK em rede entre outros GEGE 2008 Atualmente a rede GNSS SP conta com 10 esta es em funcionamento o que dever ser ampliado num futuro pr ximo O gerenciamento das esta es feito no centro de controle localizado no Laborat rio de Geod sia Espacial LGE da Unesp de Presidente Prudente no qual todos os dados s o acessados em tempo real via internet O RTK em rede tem sido investigado por v rios pesquisadores e podem ser encontrados em diversas publica es como Landau Vollath e Chen 2002 Fotopoulos e Cannon 2001 Zhang e Roberts 2003 Rizos 2002 entre outros os quais apresentam os grandes avan os sobre este assunto evidenciando o aumento na qualidade e produtividade dos levantamentos Na FCT Unesp estudos sobre RTK em rede foram iniciados com Alves 2008 Onde permanece quest es a serem resolvidas tais como a adequa o dos modelos para ionosfera e troposfera local e a disponibilidade de infra estrutura de comunica o sendo assim ainda um assunto pass vel de inve
21. o das diferentes estrat gias de processamento para o posicionamento RTK e RTK em rede tinha como objetivo identificar qual apresentaria melhor desempenho Baseado nos experimentos conduzidos no contexto da rede GNSS SP poss vel concluir que a estrat gia RTK obteve o melhor desempenho seguida por RTK S VRS e por ltimo VRS S Esses resultados confirmam as especifica es do fabricante onde n o de se esperar bons resultados no RTK em rede para redes com densidade no n vel da do Estado de S o Paulo Isto mostra a necessidade de investiga es nesta rea tal como vem sendo a desenvolvida por Alves 2009 Al m disto deve se lembrar que os experimentos foram realizados num per odo de baixa atividade ionosf rica como pode ser observado ao analisar a Figura 51 Note tamb m que a atividade ionosf rica ir intensificar muito nos pr ximos anos 113 ISES Solar Cycle Sunspot Number Progression Observed data through Feb 2016 1750 TTT m LELI 150 Litt 125 H Litt 109 Litt 75 50 Sunspot Number Lt 25 LI Q ifeni Ss Or o od ok GB B GI Gm OF AD AN AD AD Aw AD AG AT Ad AB 39 yo Predicted Values Smoothed Smoothed Monthly Values Monthly Values Updated 2010 Mar 2 NOAA SWPC Boulder CO USA Figura 51 Ciclo solar e a predi o para os pr ximos anos indicativos para
22. p 2849 2854 Proceedings 2004 WARREN H S Hacher s Delight Boston Addilson Wesley 2003 ZHANG K ROBERTS C Network based real time kinematic positioning system Current development in australia In Geoinformatics and Surveying Conference 2003 The Institute of Surveyor Malasia Proceedings 2003 130 AP NDICE A Tempo de inicializa o das ambiguidades Neste ap ndice constam os tempos de inicializa o das ambiguidades de cada esta o coletada separados por dia per odo e estrat gias de coleta Al m do que os tempos de inicializa o foram calculados duas vezes para cada estrat gia utilizada Na Tabela A l s o apresentados os tempos de inicializa o computados na esta o ASSE distante 34 84 km da esta o base PPTE O processamento da rede necess rio para gerar os dados da VRS utilizada no posicionamento para a esta o ASSE foi realizado sem as esta es de refer ncia NEIA SPCA e UBAT desabilitadas no GPSNet Tabela A 1 Tempo transcorrido para cada inicializa o feita na esta o ASSE Esta o Per odo Estrat gia Hor rio de in cio Ts VRS Is 9h39min Manh VRS S 6s 2s 9h5 Imin RTK 6s 2s 9h30min RTK_S 14s 2s 10h3min ASSE 19 02 10 VRS 10s 58 14h5min Tarde VRS_S 15s 16s 14h16min RTK 42s Imin 42s 14h27min RTK_S 10s 13s 14h41min VRS 3min 4s 27s 8hImin Manh VRS S 53s 37s 8h17min RTK 5s 3s 8h29min RTK_S 3s 4s 8h42min AS
23. pria camada ou da camada anterior para esconder a complexidade e transparecer as opera es para o usu rio TANENBAUM 2003 48 3 2 2 Camada de apresenta o As informa es contidas nessa se o foram baseadas no documento publicado pelo RTCM para a vers o 3 1 RTCM 2006 O RTCM 10403 1 escrito em um formato de banco de dados visando uma distribui o centralizada dos dados As mensagens RTK GPS e GLONASS s o definidas de forma a evitar a coloca o de identificadores flags nas mensagens pois isso muda o comprimento ou o significado dos dados nas mensagens No entanto possuem algumas variabilidades que n o podem ser evitadas pois o n mero de sat lites utilizados nas aplica es n o fixo Contudo poss vel determinar o n mero de sat lites examinando o comprimento da mensagem visto que o n mero de sat lites a nica quantidade vari vel Para mensagens cujos comprimentos em bytes n o sejam equivalentes o programador da esta o de refer ncia deve utilizar zeros para preencher os bytes restantes n o preenchidos Os tipos de mensagens contidas nas atuais vers es 3 x foram estruturadas em diferentes grupos divididos de acordo com uma determinada opera o ou servi o Em termos operacionais o gerenciador do servi o deve transmitir pelo menos uma mensagem de cada um dos v rios grupos como mostra o Quadro 03 Em especial dos seguintes grupos Observa o Coordenadas da Esta o e Descri o de A
24. 06 0 02 Ao A o t 2 AG See Ss Sew es X E 7 E Acur HZ o manh ee BAL Estrat gias inicializa o e hor rios Figura 53 Compara o entre os resultados de HPL e os erros obtidos na esta o ASSE para o dia 19 02 2010 Com rela o aos valores de HPL espera se que estes sejam maiores que os valores de acur cia visto que a estimativa do HPL estabelece um n vel de seguran a para garantir que as informa es possam ser dadas corretamente A partir da Figura 53 pode se notar que para as diferentes estrat gias e per odos do dia a integridade foi garantida pois os valores de HPL s o menores que o AL Comparando os valores do HPL com os valores de acur cia poss vel verificar que nenhuma informa o equivocada seria dada ao usu rio do sistema Dentro do conceito de PL a componente vertical definida segundo as estimativas do VPL Dessa forma na Figura 54 s o apresentados os valores de VPL e da acur cia obtidos na esta o ASSE 118 0 12 0 10 0 08 0 06 0 04 0 02 0 00 mVPL E Acur Vert m AL manh tarde Estrat gias inicializa o e hor rios Figura 54 Compara o entre os resultados de VPL e os erros obtidos na esta o ASSE para o dia 19 02 2010 Analisando a Figura 54 poss vel verificar que alguns valores obtidos para o VPL n o representam um bom indicativo para garantir a integridade Pois em alguns casos os valores de VPL s o
25. 10 tanto para posicionamento RTK como RTK em rede Na Tabela 02 s o apresentados os valores esperados para acur cia calculados com base nas especifica es do receptor R8 GNSS Tabela 02 Valores de acur cia para o posicionamento RTK com base nas especifica es do equipamento Esta o Coletada Dist ncia Acur cia H m Acur cia V m ASSE 34 84 km 0 0448 0 0548 ADAM 60 77 km 0 0707 0 0807 ASSI 64 97 km 0 0749 0 0849 TUPA 84 13 km 0 0941 0 1041 PANO 93 39 km 0 1034 0 1134 BATA 104 54 km 0 1145 0 1245 Algo importante que pode ser analisado quando se realiza o posicionamento em tempo real a rela o da qualidade do posicionamento com os valores do 195 Dessa 85 forma quando os valores do 195 tornam se muito grandes observa se uma maior dificuldade na solu o das ambiguidades e a qualidade do posicionamento deteriorada 6 2 1 Esta o ASSE No assentamento S o Jorge pr ximo a rodovia SP 272 entre Pirapozinho e Mirante do Paranapanema encontra se a esta o ASSE Tal esta o comparada com as outras esta es utilizadas nos experimentos a mais pr xima da esta o base A esta o se localiza a aproximadamente 34 84 km da esta o PPTE como pode ser observado na Figura 15 fato que a coloca na condi o mais favor vel para o posicionamento RTK isto baseado no crit rio da dist ncia esta o base O que teoricamente n o seria problema para o posici
26. 104 54 km Cabe salientar que as coletas foram todas realizadas est ticas apesar do interesse em cinem tico mas devido as dificuldades em realizar as coletas cinem ticas que pudessem avaliar a acur cia e a integridade inviabilizar o est analise 5 6 Coment rios finais Considerando a Figura 14 pode se notar que as dist ncias entre as esta es da rede variam de 91 km a 286 km Dessa forma essa rede foge ao especificado pela Trimble para o uso do m dulo RTKNet que faz o processamento em rede pois segundo a nota t cnica que fala sobre os levantamentos com acur cia RTK recomenda que as esta es de refer ncia devem estar distantes umas das outras entre 50 a 70km TRIMBLE 2010 Mas por se tratar da rede GNSS mais densa no Brasil tal an lise justifica a pesquisa visando verificar que n vel de qualidade pode ser alcan ado 82 6 RESULTADOS E AN LISES Nesse capitulo s o apresentados os resultados sobre os indicadores de qualidade no posicionamento GNSS cuja teoria encontra se no Capitulo 2 Para obter os valores dos indicadores de qualidade na rede GNSS SP foram realizados alguns experimentos O intervalo de tempo que o receptor m vel GNSS leva para inicializar apresentado na Se o 6 1 Na Se o 6 2 s o apresentados os resultados obtidos para a acur cia no posicionamento RTK e RTK em rede J nas Se es 6 3 e 6 4 s o descritos os valores respectivamente de disponibilidade e da integridade obtido
27. 2009 Como pode ser visto na Figura 41 os valores obtidos para o I95 entre 7 e 11 horas s o os menores o que refor a a afirmativa que o per odo da manha apresenta uma condi o melhor para o posicionamento RTK e RTK em rede No per odo noturno o valor obtido para o I95 foi muito grande por volta das 22 horas chegou ao pico de 56 Valor esse que provavelmente inviabiliza o posicionamento Na Figura 42 poss vel verificar que nas primeiras horas do dia h ainda um reflexo da perturba o da ionosfera identificada nas ultimas horas do dia 02 Figura 41 Por volta das 5 e 6 horas foi obtido o menor 195 ao longo do dia 03 com valor pr ximo de 1 Para o restante da manh os valores do 195 ficaram entre 3 e 4 at as 14 horas J no per odo da tarde o I95 variou entre 5 e 6 Valores bem semelhantes aos obtidos durante o dia 02 6 2 5 2 Indicadores da acur cia A Figura 43 apresenta o EMQ para as componentes N E e h obtidos com diferentes estrat gias Durante a coleta a esta o base utilizada tanto para o RTK como para o RTK em rede a esta o PPTE 104 0 80 2 40 2 20 0 70 2 00 0 60 1 80 1 60 0 50 1 40 E E g 040 g 120 us us 1 00 0 30 0 80 0 20 0 60 0 40 0 10 HErro N EErro N bi Erro E 0 20 bi Erro E HErro h HErro h 0 00 0 00 VRS RTK VRSS RIKS VRS RTK VRSS RIKS Estrat gias de posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da ma
28. 30s 15h18min VRS 6h50min a 32s h57min RTK 7h26min E E 7h40min VRS Imin 45s SD 13h2min ed VRS_S SD SD E oe RTK 6s Imin 14s 12h45min RTK S 7min 30s 27s 14h50min N o fixou as ambiguidades ap s 30 minutos de espera A rede parou de disponibilizar os dados pois apresentou instabilidade nas esta es ROSA e OURD 134 Na Tabela A 5 s o apresentados os tempos de inicializa o computados na esta o PANO distante 93 39 km da esta o base PPTE O processamento da rede necess rio para gerar os dados da VRS utilizada no posicionamento foi realizado sem as esta es de refer ncia NEIA SPCA e UBAT desabilitadas no GPSNet Tabela A 5 Tempo transcorrido para cada inicializa o feita na esta o PANO Esta o Per odo Estrat gia Hor rio de in cio VRS 3s 60s 8h25min Manh VRS_S 6s 6s 8h45min RTK 13s 3s 8h58min RTK S 14s 9min 59s 9h18min PANO 2 12 09 VRS 16min 4s 2min 4s 13h48min Tarde VRS_S NF NF 15h34min RTK 9min 10s 2min 11s 13h3min RTK_S Imin 11s 2min 15s 13h26min 9h2min ui Ohm 8h37min ea eee 8hS1min VRS 7min 37s NF 15h20min Tarde VRS_S 25min 50s SA 14h29min RTK 2min 5s 4min 1s 14h10min RTK_S 3min 11s 3min 48s 15h02min N o fixou as ambiguidades ap s 30 minutos de espera Utilizou a solu o anterior Obs Ap s as 15h30min a conex o celular ficou sem servi o durante 20 minutos 135 Na Tabela A 6 s o apr
29. 96 The concepts of integrity were presented and used to evaluate the integrity of RTK and network RTK in the context of GNSS network SP The results and discussion are presented in this dissertation which are quite useful Keywords Integrity Accuracy RTK Network RTK VRS LISTA DE FIGURAS Figura 01 Conceito de esta es de refer ncia virtual erre 31 Figura 02 Deslocamento geom trico da esta o base para VRS 33 Figura 03 Rela o entre os indicadores de qualidade erre 35 Figura 04 N veis de Prote o aseiamasiastaspaasadaaapscagiieaganaa inna aa Eases 38 Figura 05 Gr fico com os valores do 195 em ppm de L1 obtidos na rede GNSS SP no dia 12 01 2010 srine nea Dna a DS 41 Figura 06 Duas primeiras palavras de cada quadro das mensagens RTCM 2 3 45 Figura 07 Evolu o dos padr es celulares cceeeseceessecescecesececesnceceeceeceeceececeecseeeeceeeeeeeeeees 60 Figura 08 rvore com os m dulos do GPSNet sssssesssssessssssssesssscsessecsessesssesesseesesnessaeseeseess 67 Figura 09 Rede GNSS do oeste do estado de S o Paulo e 72 Figura 10 Estrutura do conceito de esta o de refer ncia Virtual ee eee eeseceeeeeseeeeeeenaeens 74 Figura 11 Exemplo de tela do software GPSNEt ce eeeescesseeececnseceseeeseeesseecoaecsaeeeseeesneeenaeons 75 Figura 12 Gr fico mostran
30. A A E RR aa 106 6 2 6 2 Indicadores da acur cia errentari A E ESE E A E 108 6 2 7 An lise geral da acur cia dos resultados csscccsoteoeeeeceeeeccessceseneeseentaces 109 6 3 DISPONIBILIDADE nneur imensa heh VESES i eva a DON caleba dsnsieh es NEA 113 6 4 INTEGRIDADE iraan Essa e a a Doza na Nanda Dona dad ha sas SIT SORO EUA Ds DSRS Favas IEG ae AONE 116 7 CONSIDERA ES FINAIS CONCLUS ES E RECOMENDA ES 122 S REFERENCIAS asso ans aceda AA ES SO 125 AP NDICE A TEMPO DE INICIALIZA O DAS AMBIGUIDADES 130 AP NDICE B ACUR CIA VERSUS DIST NCIA E 195 136 AP NDICE C VALORES DE INTEGRIDADE HPL E VPL 137 17 1 INTRODU O 1 1 Caracteriza o do Assunto O Global Navigation Satellite System GNSS integra os sistemas de posicionamento global por sat lites dispon veis aos usu rios Dentre eles o americano Global Positioning System GPS o russo Global Navigation Satellite System GLONASS em russo GLObal naya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema o chin s China s Compass Beidou 2 Navigation Satellite System CNSS e o europeu European Satellite Navigation System Galileo ENGEL et al 2004 GNSS 2008 Al m destes existem sistemas adicionais genericamente denominados de Space Based Augmentation Systems SBAS que transmitem mensagens adicionais e podem ser utilizadas para obter melhores desempenhos no posicionamento para grandes reas ou regi es como
31. Descri o da Antena 1007 e 1008 1007 ou 1008 1007 ou 1008 Informa o Operacional 1013 Auxiliar Observa es GLONASS 1011 1012 1011 1012 GLONASS Descri o da Esta o 1005 e 1006 1005 ou 1006 1005 ou 1006 RTK Descri o da Antena 1007 e 1008 1007 ou 1008 1007 ou 1008 Informa o Operacional 1013 Auxiliar Observa es GPS 1001 1004 1001 1002 Observa es GLONASS 1009 1012 1009 1010 ane Ass Descri o da Esta o 1005 e 1006 1005 ou 1006 1005 ou 1006 apenas L1 Descri o da Antena 1007 e 1008 1007 ou 1008 1007 ou 1008 Informa o Operacional 1013 Auxiliar Observa es GPS 1003 1004 1003 1004 Observa es GLONASS 1011 1012 1011 1012 ae Ass Descri o da Esta o 1005 e 1006 1005 ou 1006 1005 ou 1006 RTK LI e L2 Descri o da Antena 1007 e 1008 1007 ou 1008 1007 ou 1008 Informa o Operacional 1013 Auxiliar Observa es GPS 1003 1004 1003 1004 Descri o da Esta o 1005 e 1006 1005 ou 1006 1005 ou 1006 GPS RTK em Descri o da Antena 1007 e 1008 1007 ou 1008 1007 ou 1008 iede Informa o Operacional 1013 Auxiliar Corre es RTK em rede 1014 1014 1017 1015 e 1016 Fonte Adaptado e traduzido de RTCM 2006 V3 1 Para viabilizar os servi os o receptor m vel do usu rio deve ser projetado para decodificar todos os tipos de mensagens de um grupo mesmo que toda informa o n o seja processada Por exemplo decodificando a mensagem tipo 1002 os dados das obser
32. Por isso indicadores com a dimens o dos erros ionosf ricos residuais esperados t m uma grande import ncia para os usu rios de RTK e tamb m para usu rios de RTK em rede Esses indicadores cumprem duas tarefas Primeiramente eles informam sobre as dificuldades esperadas no posicionamento RTK ou RTK em rede para que o usu rio seja 40 capaz de reagir a esta dificuldade E em segundo lugar eles podem ser capazes de apoiar na solu o das ambiguidades da linha de base fornecendo informa es estat sticas que mostram a dimens o esperada da tend ncia residual ionosf rica Esse indicador o ndice de perturba o ionosf rica 195 que foi desenvolvido em 1998 WANNINGER 1999 e que desde ent o esteve continuamente em uso na Europa O ndice 195 baseado no res duo ionosf rico diferencial calculado em uma rede de esta es de refer ncia GPS Originalmente ele foi destinado a apoiar o RTK mas tamb m comprovou ser til aos usu rios de RTK em rede Atualmente os valores do ndice I95 s o disponibilizados a cada hora em v rios websites de Internet das redes fornecedoras de servi o RTK na Europa tais como SAPOS German Satellite Positioning Service e SERVIR Sistema de Esta es de Refer ncia GPS VIRtuais Portugal Com a instala o de densas redes de esta es de referencia GPS modelos da refra o atmosf rica foram desenvolvidos Esses modelos de corre o s o baseados na solu o das ambiguidades das obse
33. a ionosfera Fonte http www swpc noaa gov SolarCycle Na Figura 51 s o apresentadas as observa es com o n mero de manchas solares Nota se que os experimentos realizados nesta pesquisa estavam dentro do ciclo solar baixo Mas pelas predi es para os pr ximos anos percebe se que os valores tendem a aumentar Como j se sabe quanto maior o n mero de manchas solares maiores s o os efeitos da ionosfera e com isto um reflexo negativo no posicionamento GNSS 6 3 Disponibilidade A disponibilidade como foi definida anteriormente Se o 2 5 3 uma medida de porcentagem de tempo durante o qual um sistema de navega o funciona dentro da sua rea de cobertura No entanto para o posicionamento RTK e RTK em rede s o necess rios que outros sistemas tamb m estejam dispon veis Dentre eles pode se citar o acesso a rede de telefonia celular que o usu rio utiliza para realizar o enlace com o servidor e a comunica o cont nua que o servidor mant m com as esta es de refer ncia da rede Avaliar a disponibilidade na rede de telefonia n o uma tarefa f cil uma vez que depende da colabora o das operadoras das redes celulares Na tentativa em obter os dados sobre a disponibilidade da rede de telefonia celular foi feito um contato junto a duas 114 operadoras de celular solicitando essas informa es No entanto nenhuma informa o foi disponibilizada por parte das mesmas pois alegaram ser uma informa o con
34. carrier Phase Based positioning In ION GPS 2001 Salt Lake City Utah Proceedings 2001 DAI L WANG J RIZOS C HAN S Predicting atmospheric biases for real time ambiguity resolution in GPS GLONASS reference station networks Journal of Geodesy Berlin v 76 n 11 12 p 617 628 2003 ENGEL F HEISER G MUMFORD P PARKINON K RIZOS C An open GNSS receiver platform architecture Journal of Global Positioning System GPS v 3 n 1 2 p 63 69 2004 FORTES L P S Optimising the use of GPS multi reference stations for kinematic positioning 2002 355f Tese PhD in Geomatics Engineering University of Calgary Calgary 126 FOTOPOULOS G Parameterization of DGPS carrier phase errors over a regional network of reference stations 2000 202f Disserta o MSc University of Calgary Calgary FOTOPOULOS G CANNON M E An overview of multi reference station methods for cm level positioning GPS Solutions Berlin v 4 n 3 p 1 10 2001 FREIBERGER JUNIOR J An lise da degrada o do posicionamento em tempo real com o emprego do GNRT 2002 131f Disserta o Mestrado em Ci ncias Geod sica Universidade Federal do Paran Curitiba GEGE Grupo de Estudo em Geod sia Espacial Dispon vel em lt http gege prudente unesp br index_port php p 50 gt Acesso em 08 Mar 2008 GEMAEL C Introdu o ao ajustamento de observa es Aplica es geod sicas Curitiba UFPR 1994 31
35. da esta o 1033 e 1007 para a descri o da antena Figura 13 b Quando se configura um m dulo gerador RTCM para disponibilizar dados de uma VRS algumas configura es s o espec ficas somente a este tipo de dados como Y N o permitir que sejam enviados dados brutos da esta o base quando n o estiverem dispon veis as corre es de rede selecionar o n mero m nimo de sat lites necess rios estabelecer as dist ncias m xima e m nima para o envio de dados brutos Tais configura es podem ser realizadas conforme a Figura 13 c T11 RTCM RS Properties 4 RTCM RS Properties Data Format RTCM 3 1 Messages VRS Settings Data Format RTCM 3 1 Messages vas Settings m Format i 5 sec Survey Sle E E Antenna Reference Point oos without Antenna Height 7 Output Type VRS is Antenna Descriptor 1033 and 1007 7 Dutput Format RTM 31 s I RTK Observables 1 sec General Settings GPS Message 1004 L1 amp L2 Extended Code Indicator L1 C a L2 P Dee T sec Elevation Cutoff O deg I Transformation Messages Use GLONASS IV Dense GLONASS Connect to External Transformation Tool IP Address Apply APC Corrections M IP Port Number 0 IV YRS Physical Base Info 10 sec IV Residual Messages 5 sec Cancelar Aplicar Cancelar Aplicar a Formato de dados b Mensagens RTCM YRS Properties Data Format RTCM 3 1 Messages VRS Se
36. de fazer controle de qualidade as dist ncias entre as esta es de refer ncia podem ser muito maiores se comparado ao RTK rea de abrang ncia muito maior para o usu rio atuar rea totalmente coberta na regi o de abrang ncia da rede ALVES 2008 Por m segundo Fotopoulos 2000 existem algumas desvantagens com rela o ao posicionamento em rede uma vez que dependendo do m todo adotado para disponibilizar as corre es existir um aumento do volume de dados a serem transmitidos aos usu rios ou a complexidade maior na implementa o a ser feita pelo usu rio Entretanto atualmente a capacidade de transmiss o n o deve ser empecilho para estes m todos porque o volume de dados que pode ser transmitido pela rede de telefonia m vel bastante grande Al m disso cabe acrescentar que tanto no RTK como no RTK em rede existe a necessidade de comunica o por exemplo a internet entre o centro de controle e o usu rio para transmitir as informa es seja de corre es seja de VRS Portanto o protocolo Ntrip para o transporte de mensagens RTCM pode ser empregado Dos m todos utilizados para fornecer informa es de uma rede de esta es de refer ncia o que mais t m se mostrado adequado as caracter sticas do Brasil o baseado na VRS Pois o conceito de VRS possibilita aos usu rios com receptores RTK mais antigos utilizar as corre es de rede no posicionamento RTK em rede Neste caso o usu rio ira utilizar dados d
37. desencadeou o desenvolvimento da terceira gera o 3G da telefonia m vel por exemplo o Wideband Code Division Multiple Access WCDMA que permitem o acesso internet em alta velocidade SVERZUT 2005 A Figura 07 mostra a evolu o dos padr es de telefonia m vel 60 WCDMA GSM j gt GPRS gt EDGE Pa o TDMA IS 136 Fase II 2G 2 5G 2 75 G 3G CDMA IS 95 CDMA IS 95 revis o A revis o B gt CDMA 2000 gt EVDO P EVDV Figura 07 Evolu o dos padr es celulares Fonte Adaptado de SVERZUT 2005 Pode se ver que a evolu o das tecnologias provocadas pela mudan a do perfil dos usu rios est sendo implementada em novos servi os e aplica es nas redes GSM As redes atualmente oferecem os servi os 2 5G GPRS 2 75G EDGE e os sistemas m veis de terceira gera o UMTS WCDMA Os servi os disponibilizados na tecnologia GPRS utilizam os recursos j existentes na rede GSM Entretanto incorporam a comunica o de dados pelo protocolo IP que possibilita a comunica o por e mail fax acesso Internet com rcio eletr nico e commerce venda de ingressos e acesso a bancos e compras pela internet A rede GSM suporta tanto a comuta o de circuito como a de pacote Na rede GSM de comuta o de circuitos transmite se os dados de voz J na rede GPRS faz se a comuta
38. deve ser destacado que durante as coletas foi poss vel observar que quando os valores do I95 ultrapassavam 6 a inicializa o era bastante afetada Mais detalhes ser o apresentados nas pr ximas se es 6 2 1 2 Indicadores da acur cia As coordenadas estimadas com o RTK e o RTK em rede foram comparadas com as coordenadas determinadas no processamento e ajuste pr vio realizado para a esta o ASSE a partir de onde foram feitas algumas an lises estat sticas As Figuras 19 e 20 apresentam o EMQ para cada componente N E e h obtido nas diferentes estrat gias Nessa coleta a esta o base utilizada tanto para o RTK como para gerar a VRS utilizada no RTK em rede a esta o PPTE VRS RTK VRSS RIKS Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 9h28min e 10h12min Figura 19 EMQ obtido na esta o ASSE no dia 19 02 2010 no per odo da manh e da tarde a Per odo da manh entre 8h07min e 8h53min Estrat gias de posicionamento 0 06 0 06 E 0 04 E 0 04 E E 0 02 E Erro N 0 02 E Erro N l Erro E W Erro E 0 00 HErro h 0 00 E Erro h VRS RTK VRS_S RTK_S 88 b Per odo da tarde entre 14h05min e 14h52min 0 14 E 0 14 0 12 0 12 0 10 0 10 E 0 08 E 0 08 g g amp 0 06 H Erro N a 0 06 BErro N 0 04 a WErro E 0 04 WErro E E Erro h E Erro h 0 02 mi 0 02 0 00 0 00 VRS RTK VRSS RTK_S VRS RTK VRS_S RTK_S Estrat gias de
39. disso foram citadas suas aplica es no RTK e RTK em rede pois os dados e ou corre es de rede foram transmitidas nesse formato J com rela o aos sistemas de comunica o h varias possibilidades Nessa pesquisa utilizou se a rede de telefonia m vel para prover o acesso a Internet cujos conceitos b sicos de funcionamento tamb m foram descritos Detalhes do funcionamento do software GPSNet foram descritos para que se possa viabilizar o seu uso no RTK e RTK em rede Dentro da metodologia adotada para o RTK em rede foi selecionado o uso do conceito de VRS Tal conceito requer um enlace de comunica o bidirecional pois o receptor m vel deve enviar as suas coordenadas aproximadas para o centro de controle que em seguida disponibiliza os dados da VRS para prover o posicionamento A metodologia adotada para o posicionamento RTK e RTK em rede foi apresentada com os detalhes das estrat gias adotadas Os experimentos foram realizados de tal forma que pudesse dar condi es iguais para cada estrat gia adotada durante as coletas e consequentemente permitir uma avalia o conclusiva em rela o ao melhor desempenho Os experimentos tamb m mostraram que o enlace de comunica o utilizando a rede de telefonia m vel foi bastante eficiente pois possibilitou o posicionamento RTK utilizando dist ncias de quase 110 km entre o usu rio e a base 123 Com rela o aos resultados apresentados no cap tulo 6 pode se observar que o EMQ
40. efeitos da ionosfera utilizando como base o ndice 195 Nos resultados obtidos observou se que quando as esta es de refer ncia da rede estiverem muito distantes acima de 34 km o posicionamento com RTK em rede apresentou desempenho pior que o RTK Em rela o a disponibilidade na rede GNSS SP obteve se valores em m dia de 96 Os conceitos sobre a integridade foram apresentados e utilizados para avaliar a integridade do RTK e RTK em rede no contexto da rede GNSS SP Os resultados se mostraram bastante promissores Palavras chave Integridade Acur cia RTK RTK em rede VRS ABSTRACT Technological advances in positioning methods have enabled the development of methodologies that allow its use in a great variety of applications One method of GNSS Global Navigation Satellite System positioning of high performance is the RTK Real Time Kinematic network This method uses the infrastructure of a network of reference stations The original concept of RTK is the high correlation of the errors caused by ionosphere troposphere and satellite orbit at a reference station and at a nearby station of interest However increasing the distance between the user and the base station the efficiency of the method is degraded because the error correlation is reduced But when using a network of reference stations a better error modeling in the area of the network is possible This concept is the so called Network RTK Regarding the network of GNSS refe
41. gerenciar e disponibilizar dados a partir de uma rede de esta es GNSS de refer ncia Dentre esses softwares o GPSNet e o GNSS Spider foram desenvolvidos por fabricantes de equipamentos SIMRSN e o da FCT Unesp em centros de pesquisas e o GNSMART pela empresa Geo GeoService Satellitengestiitzte Vermessungen GmbH O fabricante de receptores Trimble desenvolveu o software GPSNet para o gerenciamento das esta es de refer ncia Este software arquiva para servi os p s processados e processa simultaneamente os dados das esta es poca por poca para disponibiliz los aos usu rios que realizam o posicionamento em rede tanto com o RTK quanto com o DGPS O Trimble GPSNet permite ao administrador da rede gerenciar um grande n mero de esta es de refer ncia GNSS interligados por uma rede a qual pode abranger uma grande rea geogr fica TRIMBLE 2006 Outro fabricante de equipamentos que tamb m desenvolveu seu software para o gerenciamento e a disponibiliza o de dados de uma rede de esta es aos usu rios foi a Leica Com o software denominado de GNSS Spider poss vel a partir de um centro de controle administrar as opera es de uma esta o de refer ncia ou uma rede de esta es Em geral o Leica GNSS Spider disponibiliza diferentes servi os aos seus usu rios como por exemplo RTK em rede e dados para p s processamento LEICA 2009 Entretanto o GPSNet e o GNSS Spider n o s o os nicos sistemas dispon vei
42. k 7 S Pa m o o ROSA e Figura 39 Configura o das esta es pr ximas a PANO Durante os experimentos na esta o PANO seguiu se a mesma metodologia adotada para as coletas dos demais experimentos A esta o mais pr xima PPTE assim sendo ela foi utilizada como base nos experimentos com o RTK e RTK em rede As coletas ocorreram nos dias 02 e 03 12 2009 102 A esta o PANO possui um marco de concreto com dispositivo para centrar de forma for ada o equipamento e est localizada numa rea de pastagem sem obstru es na sua vizinhan a dentro de uma propriedade rural A disposi o do equipamento na esta o PANO apresentada pela Figura 40 Figura 40 Local do experimento em Panorama 6 2 5 1 195 Na esta o PANO os valores obtidos para o I95 no contexto da rede GNSS SP foram utilizados para analisar os experimentos realizados Os valores do I95 s o apresentados nas Figuras 41 e 42 para cada hora ao longo do dia High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 Bi 4S 8 7 g sot 04 2 WES eg 2052122 23334 Hour of Day 02 12 2009 Figura 41 195 para a rede GNSS SP no dia 02 12 2009 103 High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 123 4 65 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour of Day 03 12 2009 Figura 42 195 para a rede GNSS SP no dia 03 12
43. m dia 57 em aplica es desse tipo necess rio realizar o transporte de dados de uma esta o refer ncia at o usu rio ou de uma rede de esta es de refer ncia Por conseguinte uma conex o bidirecional entre o usu rio e o centro de controle necess ria principalmente quando se utiliza o conceito de VRS em tempo real RETSCHER 2002 A conex o pode ser realizada via rede de telefonia m vel em substitui o ao link de r dio Atualmente utiliza se a tecnologia Global System for Mobile communications GSM ou as evolu es do sistema como o General Packet Radio Service GPRS o Enhanced Data rates for GSM Evolution EDGE e Universal Mobile Telecommunication Service UMTS Entretanto quando se utiliza uma rede GSM para acessar a internet passa se por uma estrutura de camadas de protocolos em suma baseada no modelo de refer ncia para interconex es de sistemas abertos OSI Open Systems Interconnetion SVERZUT 2005 A transmiss o de dados atrav s da Internet depende de um protocolo ou de v rios Mais especificamente protocolo o nome dado ao conjunto de regras que organizam o envio e recebimento de informa es de forma est vel e funcional Sendo que para a Internet foram criados os protocolos chamados Transmission Control Protocol TCP e Internet Protocol IP que t m como caracter stica principal a identifica o un voca de cada dispositivo ligado rede chamado endere o IP KUROSE e ROSS 20
44. o de pacotes 21 4 171 2 Voz 13 13 BOUE Dados por comuta o de pacotes 59 2 473 6 Fonte Adaptado de SVERZUT 2005 Finalizando o padr o UMTS representa a terceira gera o 3G da tecnologia e traz a evolu o em termos de capacidade taxa de transmiss o de dados incremento nos servi os e nas facilidades oferecidas pelos sistemas celulares Na pr tica o padr o UMTS est relacionado com a tecnologia WCDMA Entretanto n o a nica op o para os padr es 3G h tamb m o padr o CDMA2000 SVERZUT 2005 O WCDMA ou UMTS um padr o que mant m a compatibilidade com o n cleo da rede GSM GPRS mas introduz um novo padr o de interface a rea baseada no CDMA Onde existem dois modos padronizados para o WCDMA Frequency Division Duplex FDD e Time Division Duplex TDD TELECO 2009 Al m disso mais de 93 das redes WCDMA comerciais lan aram atualiza es de seus servi os em banda larga para HSPA High Speed Packet Access O levantamento feito pela GSA The Global mobile Suppliers Association revela que mais de um ter o destes servi os est o aptos a suportar vers es de aparelhos HSDPA High Speed Downlink Packet Access com velocidades maiores e pico de at 7 2 Mbps GSA 2009 62 4 SISTEMAS DISPON VEIS PARA RTK EM REDE 4 1 Introdu o Nesse cap tulo ser o apresentados alguns dos softwares dispon veis para realizar o RTK em rede Ser o destacados principalmente os que foram desenvolvidos para
45. os erros obtidos na esta Compara Figura C 7 E Acur Vert N 2 o 6 lt v wn cf 0 p D S o S A N amp do o 2 b 5 wn us Figura C 8 Compara o entre os resultados de VPL e os erros obtidos na esta o BATA para o dia 11 01 2009
46. por exemplo o americano Wide Area Augmentation System WASS e o europeu Europen Geostationary Navigation Overlay System EGNOS Nestes sistemas um dos objetivos fornecer a posi o com baixa m dia e alta acur cia num intervalo de tempo cada vez menor Assim nas atividades que envolvem a determina o da posi o tais sistemas tem se mostrado muito mais eficientes se comparados ao posicionamento utilizando somente o GPS apresentando timos resultados principalmente melhorando a acur cia e diminuindo o intervalo de tempo de coleta de dados Cabe salientar que desde o surgimento do primeiro sistema de posicionamento por sat lite houve uma grande evolu o nos componentes eletr nicos na tecnologia computacional e na capacidade de processamento Isto fez com que os receptores ficassem cada vez menores e consumissem menos energia proporcionando o crescimento no interesse por essa tecnologia aumentando sua popularidade e o n mero de usu rios pelo mundo afora LEICK 2004 Desta forma existe uma diversidade de receptores GNSS dispon veis aos usu rios em formatos tamanhos e precis es diferentes o que facilita uma melhor adequa o a cada necessidade Atualmente com o GNSS existem equipamentos que possibilitam explorar estes sistemas n o mais isoladamente mas em conjunto buscando fazer com que um sistema complemente o outro A coleta de dados GPS e GLONASS ao mesmo tempo j uma realidade e faz com que o n mero de sat l
47. receptor m vel obter informa es para o posicionamento RTK acurados sobre uma grande rea RTCM 2006 Outro ponto importante a acrescentar que atualmente tem se utilizado a internet para transportar as mensagens RTCM Para isto foi desenvolvido o protocolo denominado de Networked Transport of RTCM via Internet Protocol NTRIP CHEN LI e WEBER 2003 Esse protocolo foi desenvolvido pela German Federal Agency for Cartography and Geodesy e foi criado com o intuito de substituir a transmiss o via r dio que muitas vezes possui limita o em rela o dist ncia da esta o base sendo ele um protocolo baseado em Hypertext Transfer Protocol HTTP HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 2 4 a q HTTP um protocolo de comunica o utilizado para transferir dados por intranets e pela World Wide Web Assim o protocolo HTTP passou a ser utilizado para a comunica o entre computadores na Internet e a especificar como s o realizadas as transa es entre clientes e servidores atrav s do uso de regras b sicas KUROSE e ROSS 2006 28 Um fator chave para o RTK a habilidade que o receptor m vel tem de resolver a ambigiiidade enquanto a sua antena estiver em movimento praticamente em tempo real Esta caracter stica denominada de resolu o da ambiguidade on the fly OTF Cabe ainda acrescentar que a solu o com n mero inteiro fix para a ambiguidade N permite que a acur cia do pos
48. utilizando uma rede de esta es de refer ncia Contudo o novo formato especificamente projetado para acomodar novos sistemas que est o em fase de desenvolvimento Galileo especialmente bem como modifica es a sistemas existentes por exemplo novos sinais GPS L2C e L5 Ele tamb m pode acomodar sistemas de aumento que utilizam sat lites geoestacion rios chamados SBAS O primeiro desses sistemas a ser implementado o WAAS que foi desenvolvido pela Administra o da Avia o Federal dos Estados Unidos para complementar o GPS O pr ximo a ser implementado ser o EGNOS que tem como objetivo dar aumento tanto para o GPS como para o GLONASS RTCM 2006 O desenvolvimento do padr o RTCM 3 1 tem como objetivo fornecer a integridade e capacidade para aplica es existentes e futuras de uma maneira eficiente Para 47 promover tais qualidades esse padr o definido em camadas adaptadas de um Open System Interconnection OST Interconex o de Sistemas Abertos As camadas do sistema OSI obtidas do modelo de refer ncia padr o adotadas no padr o RCTM s o de aplica o de apresenta o de transporte de comunica o e camada f sica 3 2 1 Camada de aplica o A camada de aplica o espec fica como as mensagens da vers o 3 1 do RTCM SC 104 s o pass veis de serem utilizadas em diferentes aplica es A caracter stica fundamental desta camada basicamente o de enviar os dados aos usu rios servi o de transmi
49. vel afirmar que em 56 dos casos os valores foram coerentes com acur cia obtida os demais 44 apresentaram alguma inconsist ncia Continuando com a an lise da integridade na esta o PANO s o apresentados na Figura 56 os valores de VPL 120 E Acur Vert tar Estrat gias inicializa o e hor rios Figura 56 Compara o entre os resultados de VPL e os erros obtidos na esta o PANO para o dia 03 12 2009 Observando os valores de VPL Figura 56 obtidos na esta o PANO poss vel identificar que dos 16 casos apenas 8 apresentaram resultados coerentes VPL gt Acur cia o que representa 50 da amostra Os melhores resultados foram obtidos para a estrat gia RTK S no per odo da manh No per odo da tarde o VPL informa que a integridade foi perdida para as estrat gias VRS e VRS S Por m o pior ocorreu nos casos RTK 8h46min VRS 9h43min RTK 14h22min e RTK S 15h5min em que o VPL equivocadamente garante a integridade Isto provavelmente ocorreu em virtude da inicializa o errada das ambiguidades Na Tabela 06 foram realizadas an lises para verificar o desempenho obtido pelos indicadores de integridade HPL e VPL em rela o a acur cia e o AL A Tabela 06 apresenta um sum rio dos resultados obtidos para todas as esta es Para detalhes adicionais das esta es ADAM ASSI TUPA e BATA consulte o Ap ndice C Na obten o dos valores de porcentagem apresentados na Tabela 06 foram consideradas
50. 0 Fonte GPSNet A ocorr ncia de perturba es ionosf ricas pode ser facilmente descoberta interpretando os par metros de inclina o da superficie da corre o ionosf rica Se eles excedem certos limiares p ex I95 gt 4 ppm da L1 recomendado processar a linha de base entre a esta o virtual e a do usu rio usando um algoritmo para solu o das ambiguidades que trate os efeitos ionosf ricos Al m disso para calcular as coordenadas sugere se a utiliza o da combina o linear on free W ANNINGER 1999 42 3 PADR ES PARA TRANSMISS O E RECEP O DE DADOS Os padr es para transmiss o e recep o de dados utilizados nos posicionamentos em tempo real tal como o RTK e o DGPS normalmente recorrem formatos de mensagens quer seja do tipo propriet rio quer seja do tipo padr o No caso das mensagens com formato padr o estas obedecem ao formato de mensagens idealizado pela comiss o RTCM SC104 Em 1983 o RTCM fundou o Comit Especial 104 com a finalidade de desenvolver recomenda es e crit rios para a transmiss o das corre es das pseudodist ncias o que possibilita realizar somente o DGPS SAATKAMP 2003 Essas recomenda es foram implementadas em 1985 originando na primeira vers o do padr o denominado RTCM 1 0 A partir de ent o novas vers es desse padr o foram publicadas at que em 1994 foi definido a vers o RTCM 2 1 que veio dar suporte a transmiss o dos dados para o posicionamento RTK Com
51. 00 89 9 12 01 2010 99 3 92 0 13 01 2010 97 3 91 1 14 01 2010 99 1 92 0 19 02 2010 97 1 90 9 20 02 2010 94 0 91 2 Nota se pela Tabela 05 que os valores de disponibilidade na maioria dos dias ficaram entre 90 e 100 Apenas no dia 19 11 2009 o valor obtido foi 82 3 Isto 16 Fis 4 G iri 5 AU O valor atribu do a disponibilidade a porcentagem de tempo em que a esta o de refer ncia esteve rastreando um n mero de sat lites superior a 5 A n o disponibilidade computada quando esse n mero de sat lites inferior a 5 para um intervalo superior a 10 segundos 116 ocorreu devido a perda de conex o das esta es OURI e ROSA com o servidor durante aproximadamente 50 do dia Os valores obtidos para o desempenho de processamento ficaram em m dia 5 inferiores dos valores de disponibilidade Isto representa que aproximadamente 5 do n mero de sat lites rastreados n o estavam dispon veis para o posicionamento em rede Com base nos valores calculados foi poss vel verificar que a rede GNSS SP esteve operacional em m dia mais de 95 do tempo 6 4 Integridade Para analisar a integridade do sistema foram calculados os valores de HPL e VPL seguindo a teoria apresentada na Se o 2 5 4 para diferentes localidades e estrat gias Por m foram adotadas amostras menores que as utilizadas para avaliar a acur cia Isso ocorreu em virtude da dificuldade de obter da controladora de forma automatizada os valores
52. 06 Numa arquitetura em camadas permite se discutir uma parcela espec fica e definida de um sistema grande e complexo Essa organiza o dos protocolos b sicos da Internet em camadas distintas promove uma estrutura modular fazendo com que a implementa o do servi o prestado pela camada fique muito mais f cil de ser modificado Deste modo quando a implementa o de uma camada alterada o restante do sistema fica inalterado desde que forne a o mesmo servi o KUROSE e ROSS 2006 Cada camada utiliza os servi os providos por protocolos das camadas inferiores e ao mesmo tempo prestam servi os para os protocolos das camadas superiores SVERZUT 2005 O Quadro 08 apresenta a pilha de protocolos Quadro 08 Pilha de protocolo divido em camadas Aplica o HTTP FTP SMTP Transporte TCP e UDP Rede IP Enlace de dados Roteadores Meios de transmiss o ex Fios de cobre ou fibra tica Fonte Adaptado de SVERZUT 2005 F sica 58 Uma camada de protocolo pode ser implementada em software em hardware ou na combina o dos dois Protocolos de camadas de aplica o como HTTP e SMTP em geral fazem parte de sistemas finais ex computadores celulares etc o mesmo acontece com protocolos da camada de transporte As camadas f sica e de enlace de dados s o respons veis pelo manuseio da comunica o e s o implementadas em placas de interface de rede ex placas de Ethernet ou Wi Fi A
53. 1 V2 3 As informa es contidas no cabe alho incluem Preambulo utilizado para identificar o sistema de posicionamento sendo que c digo 01100110 indica o sistema GPS SAATKAMP Tipo de Mensagem que se encontra relacionadas no Quadro 02 ID da Esta o definido pelo emissor da mensagem Paridade que indicada pelos ltimos 6 bits e s o gerados por um algoritmo de paridade com o finalidade de detec o de erros na Contador Z Modificado o instante de refer ncia da mensagem N mero de Seqii ncia identifica a sequ ncia dos quadros Comprimento do Quadro indica o n mero de palavras contidas no e 2003 e e e transmiss o de cada palavra do quadro e dado em segundos de uma hora e e quadro e Sa de da Esta o tr s a qualidade dos dados da esta o de refer ncia Como apresentado os quadros das mensagens s o compostos por duas palavras iniciais descritas anteriormente e somadas a essas duas palavras seguem as mensagens espec ficas referente aos dados que s o enviados da esta o base para a esta o m vel 46 3 2 RTCM 3 1 A vers o 3 0 do padr o RTCM foi desenvolvida como uma alternativa mais eficiente aos documentos RTCM nas vers es 2 x Devido aos pedidos de fornecedores e vendedores representantes do Comit Especial 104 propuseram um novo padr o mais eficiente f cil de usar e mais f cil de adaptar as atualiza es Haviam reclama
54. 1 RTCM 2 3 Em 2001 o RTCM SC 104 recomendou os padr es para o GNSS Diferencial com a publica o da vers o 2 3 em substitui o a vers o 2 2 Essa vers o trouxe atualiza es para suprir as necessidades GNSS Diferencial as quais buscavam refletir os desenvolvimentos dos sistemas de posicionamento por sat lite Foi acrescentado um novo guia de orienta o para as aplica es RTK v rias mensagens para melhorar a acur cia particularmente na defini o da esta o de refer ncia e material guia para apoiar as opera es com o GLONASS RTCM 2001 Tanto no RTCM 2 3 como nos anteriores as mensagens s o separadas por tipos e s o identificadas atrav s de seus n meros que variam de 1 a 63 Em geral as mensagens podem ser classificadas nas seguintes condi es fixas de tentativas ou reservadas No entanto havia at o momento 33 mensagens especificadas das 63 poss veis 44 As demais mensagens permaneceram reservadas para aplica es futuras O Quadro 02 ilustra as mensagens e suas utiliza es tanto para o DGPS como o RTK Quadro 02 Tipos de mensagem RTCM Mis Status Atual Nome da Mensagem Mensagem 1 Fixa Corre es Diferenciais GPS 2 Fixa Diferen as das Corre es Diferenciais GPS 3 Fixa Par metros da Esta o de Refer ncia GPS 4 Tentativa Referencial da Esta o de Refer ncia Da
55. 18 11 2009 19 11 2009 19 11 2009 19 11 2009 19 11 2009 PPTE Figura 52 Numero de sat lites processados da esta o PPTE 115 Analisando a Figura 52 percebe se que o n mero de sat lites com dados dispon veis processados s pode ser menor ou igual ao n mero de sat lites rastreados Da mesma forma pode se dizer que o n mero de sat lites com solu o nunca ser maior que o n mero de processados Al m dessa informa o apresentada na Figura 52 o software tamb m calcula a porcentagem de tempo em que a esta o esteve dispon vel para o posicionamento RTK em rede e o seu desempenho performance que a porcentagem entre o n mero de sat lites com solu o para o posicionamento em rede em rela o ao n mero de sat lites rastreados Essas informa es foram empregadas para determinar a disponibilidade da rede GNSS SP Foram analisados os resultados obtidos dos doze dias de experimentos Isto foi feito para todas as esta es de refer ncia de forma a identificar o desempenho da rede como um todo Na Tabela 05 os valores de disponibilidade e desempenho para rede GNSS SP s o apresentados Tabela 05 Valores de porcentagem da disponibilidade e do desempenho da rede GNSS SP Data Disponibilidade Desempenho 18 11 2009 98 3 90 8 19 11 2009 82 3 92 0 20 11 2009 98 9 92 1 21 11 2009 95 4 90 7 02 12 2009 98 5 92 4 03 12 2009 98 8 89 8 11 01 2010 1
56. 2 23 24 Hour of Day 21 11 2009 Figura 24 195 para rede GNSS SP no dia 21 11 2009 Analisando os valores do I95 apresentados nas Figuras 23 e 24 poss vel observar que novamente no per odo da manh s o apresentados os menores valores Para o dia 20 Figura 23 isto mais evidente no intervalo entre 7 e 13 horas Tamb m poss vel observar nesse dia que ap s as 19 horas os valores se tornam muito grandes acima de 12 o que provavelmente neste hor rio inviabilizaria o posicionamento em tempo real pois em algumas tentativas de posicionamento realizadas quando os valores do I95 eram superiores a 10 n o foi poss vel obter solu o fixa 6 2 2 2 Indicadores da acur cia A partir das coordenadas estimadas a partir do RTK e RTK em rede foram feitas algumas an lises estat sticas As Figuras 25 e 26 apresentam o EMQ para as componentes N E e h obtidos nas diferentes estrat gias Nessa coleta a esta o base utilizada tanto para o RTK como para gerar a VRS utilizada no RTK em rede a esta o PPTE 0 20 0 20 E 0 15 E 0 15 E et WErro N E ne 0 05 E Erro E 0 05 z ai b HErro h 866 E Erro h VRS RTK VRS_S RTK_S VRS RTK VRSS RTK_S Estrat gias de posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 7h18min e 8h45min b Per odo da tarde entre 14h49min e 16h22min Figura 25 EMQ obtido na esta o ADAM no dia 20 11 2009 no per odo da manh e da tarde
57. 4 S G16 5 G18 EB Compact RINEX 0 0 73 4 File Rollover EP ILHA NTRIP E Raw Data Analysis E P PPTE E Raw Data Analysis amp Single Point Position SPP _RTCM PPTESockServer2102 04 Ephemeris e4 Almanac 1 4 Synchronizer Default Coordinat i Alarm FTPMirror Status Graphic PPM Result Tropo Scaling Ephemeris Stations lonosphere 21 10 2009 06 41 53 Processor Default 1554 294128 0 294128 0 GPS 19 orbit type predicted was predicted AODE 1 gt 82 orbit diff 1 melk diff 1 11 m 21 10 2009 06 42 10 Split to VRS2 Client 200 145 185 237 2794 has disconnected 21 10 2009 06 42 20 SplittoVRS2 Client 200 145 185 237 2813 has connected 21 10 2009 06 42 40 Split to VRS2 Client 200 145 185 237 2813 has disconnected 21 10 2009 06 42 50 Split to YRS2 Client 200 145 185 237 2832 has connected kx amp 2171072009 06 43 04 DONGLE Figura 11 Exemplo de tela do software GPSNet Para dar in cio as atividades de coleta dessa pesquisa foram configurados diversos m dulos do software GPSNet Foi necess rio adicionar e configurar todos os receptores H a necessidade de monitorar as coordenadas das esta es para verificar se as coordenadas se estabilizam Dessa forma foi realizado o monitoramento durante 8 dias o que possibilitou identificar desvios nas coordenadas das duas esta es que ainda eram preliminares ARAC SPCA As coordenadas obtidas no processam
58. 700 km BANDA LF BANDA L N o 50 bps INMARSAT Necess rio BANDA MF FE lt 300 km BANDA HF BANDA NI AN BANDA 20 50 km VHE UHF F UH VHF UHF 2400 bps AO 3 40 3 2400 bps Fonte HUMBER 1994 apud KRUEGUER 1996 apud FREIBERGUER JU 2002 Para cada faixa de onda do espectro eletromagn tico propagada um determinado comportamento diferente apresentado Nas faixas VHF e UHF as ondas se 8 HEIMBERG F Untersuchungen zum operationellen Einsatz des Differential GPS 1994 Doktor dissertation Nr 202 Institut f r Erdmessung Universit t Hannover Hannover d KRUEGER C P Investiga es sobre aplica es de alta precis o do GPS no mbito marinho Curitiba 1996 267 f Tese Doutorado em Ci ncias Geod sicas Departamento de Geoci ncias Universidade Federal do Paran 56 caracterizam por terem seu alcance limitado linha de visada entre as antenas transmissora e receptora ou pouco mais que isso dependendo das caracter sticas do relevo Para aplica es RTK o alcance do link de comunica o imp e a dist ncia m xima entre uma esta o m vel e a esta o de refer ncia Por exemplo num terreno ondulado aberto um r dio modem produzindo 1 Um Watt de pot ncia configurado numa frequ ncia de 900 MHz forneceria uma cobertura externa apropriada para alguns quil metros TALBOT 1996 Em geral alguns fabricantes especificam que seus sistemas ter o alcance menores que 10 Km J Langley 1998
59. 97 6 2 4 Esta o TUPA No parque de exposi es da cidade de Tup na rea reservada do parque de divers es encontra se a esta o TUPA distante aproximadamente 84 13 km da esta o de refer ncia ARAC como pode ser observado na Figura 33 A esta o possui um pilar de concreto de 1 1 m de altura 0 30 m de di metro e dispositivo que possibilita centrar de forma for ada o receptor OURI Figura 33 Configura o das esta es pr ximas a TUPA A disposi o do equipamento durante os experimentos na esta o TUPA apresentada pela Figura 34 Figura 34 Local do experimento em Tup 98 Com rela o metodologia adotada nos experimentos na esta o TUPA foi seguida a mesma utilizada nas outras esta es A esta o ARAC foi utilizada como base para o posicionamento RTK e RTK em rede e as coletas ocorreram nos dias 18 e 19 11 2009 6 2 4 1 195 Para os experimentos realizados na esta o TUPA utilizou se os valores obtidos para o I95 no contexto da rede GNSS SP para facilitar as an lises As Figuras 35 e 36 apresentam os valores do I95 obtidos para cada hora ao longo do dia High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 123 45 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour of Day 18 11 2009 Figura 35 195 para a rede GNSS SP no dia 18 11 2009 High Activity Medium Activity Normal Ac
60. 9p GEO GeoService Satellitengestiitzte Vermessungen GmbH Dispon vel em lt http www geopp de index php bereich 2 amp kategorie amp artikel 32 amp template 1 gt Acesso em 08 Jul 2009 GNSS Global Navigation Satellite System Dispon vel em lt fttp www insidegnss com gt Acesso em 07 Mar 2008 GSA The Global mobile Suppliers Association Dispon vel em lt http www gsacom com gt Acesso em 05 Jul 2009 HOFMANN WELLENHOF B LICHTENEGGER H WASLE E GNSS Global navigation satellite systerms GPS GLONASS Galileo and more Spring Verlage Wien 2008 501p IGNSS International Global Navigation Satellite Systems Society GNSS Data Protocols Choice and Implementation IGNSS Symposium Australia n 26 2006 KUROSE J F E ROSS K W Redes de computadores e a internet uma abordagem top down Tradu o por Arlete Simille Marques 3 ed S o Paulo Person Addison Wesleys 2006 Tradu o de Computer networking A top down approach featuring the internet 127 LACHAPELLE G ALVES P Multiple reference station approach overview and current research Journal of Global Positioning System v 1 n 2 p 133 136 2002 LANDAU H VOLLATH U CHEN X Virtual reference station systems Journal of Global Positioning System v 1 n 2 p 137 143 2002 LANGLEY R B RTK GPS GPS World Santa Ana v 9 n 9 p 70 76 1998 LEICA GNSS Spider Software Dispon vel em lt h
61. AMENTO CINEMATICO EM TEMPO REAL RTK cssscceesseeesteecsseeeeseeeesaeeseaaes 26 2 53 RTK EMREDE esor la Pa coves a aaa DEN a a uae DE ali ua Tuta SESC ai 28 2 3 1 Esta o de referencia virtual VRS socos iria siiiasolo pass QUO Renda Ns Ada pan AVN TA nin 30 23 ET Principio da VRS aiaei atest atadas ET geada tad SA En aa para 31 2 5 INDICADORES DE QUALIDADE ciaicccccsccasicceacecseceesseacedaddescceasdoacsaacascedecdasaccsasacadansnsoasdendacas 34 DD A CUEACIA us iso raiar bas i a Nas gba es dna e ligas dr aa a 35 2 5 2 COMMMUID AIG nesena ed idas Rania ie ana E DR a aero 36 2 Ded MES POUL DEAS RRRNRR te faces Soatelus a RR E E RR 36 2a TIME STAG ADO cesar ety io da aa Cp DA ca de Ri anton SR 36 2 5 5 ndice de dist rbio da ionosfera 195 eee 39 3 PADR ES PARA TRANSMISS O E RECEP O DE DADOS 42 DR PEN can pt R ner A IAE N A nn rie Panny Pree Renee 43 I2 UG MS cai SD a Coad an todas E O 46 Vo Camada de ADU CACAG ias cad E DRE SS OR Ra 47 3 2 2 Camada de apresenta o saem esssamasa same igaadtaneasato Meios emana santa ne Taa danada do en pesar 48 J2 a Camada dC a POT E si EI UDIT GUNS 51 3 2 4 Camada de enlace dos dados 0 ccccccsessscccececeeeesensecececeesesesenseaeceeeceesesessnseaeeeeees 52 3 25 Camada TSiCa sarisini n a anid edie tian sea ned aaa 52 3 3 CMR CMR Frae RNA S TEA A A E ERRA 52 3 4 MEIOS DE TRANSMISS O DE DADOS cccesssececessseeceessncececssaececesneeeceessesaaeeessesaeeeessneeees 54
62. AVA Wy UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA unesp Faculdade de Ci ncias e Tecnologia P s Gradua o em Ci ncias Cartogr ficas EDUARDO DE MAGALH ES BARBOSA INTEGRIDADE DISPONIBILIDADE E ACUR CIA NO POSICIONAMENTO RTK E RTK EM REDE Investiga o no contexto da rede GNSS ativa do Estado de S o Paulo Disserta o de Mestrado Presidente Prudente Maio 2010 EDUARDO DE MAGALH ES BARBOSA INTEGRIDADE DISPONIBILIDADE E ACUR CIA NO POSICIONAMENTO RTK E RTK EM REDE Investiga o no contexto da rede GNSS ativa do Estado de S o Paulo Disserta o apresentada ao Programa de P s Gradua o em Ci ncias Cartogr ficas da Universidade Estadual Paulista J lio de Mesquita Filho Campus de Presidente Prudente para obten o do t tulo de Mestre em Ci ncias Cartogr ficas Orientador Dr Jo o Francisco Galera Monico Co orientadora Dr Daniele Barroca Marra Alves Presidente Prudente Maio 2010 Barbosa Eduardo de Magalh es Integridade disponibilidade e acur cia no posicionamento RTK e RTK em rede Investiga o no contexto da rede GNSS ativa do Estado de S o Paulo Eduardo de Magalh es Barbosa Presidente Prudente s n 2010 140f il Disserta o mestrado Universidade Estadual Paulista Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Orientador Jo o Francisco Galera Monico Banca Leonardo Castro de Oliveira Mauro Issamu Ishikawa Inclui bibliografia 1 Integridade e acur cia 2 RTK 3
63. Algoritmo de Ajustamento Condicional As corre es podem ser utilizadas para gerar uma Esta o de Refer ncia Virtual FOTOPOULOS e CANNON 2001 No que concerne aos m todos citados anteriormente os tr s primeiros n o ser o delineados neste trabalho e se o leitor desejar mais detalhes os mesmos s o descritos em Alves 2008 Com o conceito de esta o de refer ncia virtual VRS Virtual Reference Station a complexidade do software para o usu rio diminui pois disponibiliza dados de uma esta o ao inv s das corre es propriamente dita MONICO 2008 A utiliza o do conceito de VRS se mostra atraente para o uso no Brasil pois utilizando os dados de uma VRS os usu rios poder o fazer o processamento normalmente utilizando os seus softwares convencionais de processamento no posicionamento relativo dando lhes muito mais flexibilidade em rela o aos softwares Para o posicionamento RTK em rede o conceito de VRS utilizado para disponibilizar as corre es advindas da rede ao usu rio Pois os dados da VRS s o gerados no centro de controle a partir de modelos e transmitidos em tempo real ou mesmo podem ser armazenados para p s processamento Como a esta o virtual fica muito pr xima ao usu rio ele pode utilizar um receptor de simples frequ ncia para determinar a sua posi o atrav s do posicionamento relativo ALVES 2008 No posicionamento RTK seja em rede ou convencional existe a necessidade da transmiss o dos dad
64. C Mensagem dados da mensagem 8 bits 6 bits 10 bits Rican a ee 24 bits numero inteiro de bytes N o definido ETR PR O Algoritmo 11010011 setado como eubie 8 O 1023 bytes QualComm 000000 7 CRC 24Q Fonte Adaptado e traduzido de RTCM 2006 V3 1 O pre mbulo fixado numa sequ ncia de 8 bits Os pr ximos seis bits s o reservados e devem ser estabelecidos zeros para todas as mensagens Em vers es futuras estes bits poder o conter a transmiss o da identifica o da esta o e ou uma sequ ncia de contagem As mensagens de tamanho vari vel dependem das informa es exigidas RTK LI e L2 Se o link de dados requer mensagens curtas para manter um fluxo cont nuo 7 Z p x gt 4 e i No m todo CRC certo n mero de bits de cheque s o anexados mensagem que transmitida O receptor pode determinar se os bits de cheque concordam com os dados apurando com certo grau da probabilidade se um erro ocorreu na transmiss o WARREN 2003 52 de dados o tamanho das mensagens deve ser colocado 0 provendo uma mensagem com 48 bits de tamanho porque o tamanho da mensagem de dados ser zero A vers o 3 1 utiliza o algoritmo QualComm CRC com permiss o Nesse algoritmo vinte e quatro bits de paridade CRC proporcionam prote o contra uma curta sequ ncia de erros ou erros aleat rios RTCM 2006 3 2 4 Camada de enlace dos dados A camada de enlace dos dados das mensagens codificada na camada f sic
65. Consequentemente a diferen a entre as estrat gias RTK para RTK Se VRS para VRS S a presen a da observ vel L2C 6 2 3 1 195 Os valores obtidos para o I95 no contexto da rede GNSS SP s o utilizados para analisar os experimentos realizados na esta o ASSI As Figuras 29 e 30 apresentam os valores do 195 obtidos para cada hora ao longo do dia High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 123 465 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour of Day 13 01 2010 Figura 29 195 para a rede GNSS SP no dia 13 01 2010 High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 123 4 6 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour of Day14 01 2010 Figura 30 195 para a rede GNSS SP no dia 14 01 2010 Na Figura 29 os valores obtidos para o I95 apresentaram comportamento um pouco diferenciado pois os valores entre 7 e 13 horas tiveram uma varia o maior que 95 nos outros dias analisados Por m continuou sendo o per odo com a melhor condi o para o posicionamento J na Figura 30 tem se uma condi o mais uniforme para os valores de I95 al m dos valores serem menores o que d uma melhor condi o para o posicionamento em um per odo maior entre 2 e 13 horas Dessa forma analisando os valores de I95 se observa que durante os per odos da manh se tem as melhores condi es de po
66. ETAS DE DADOS esd ratoa vesigantavent ss assada sado sara Eng AA Eaa PE estan Aa assada 79 5 6 COMENT RIOS PIN AIS a se caealasinicoueleahads wea teaatanssin tetany 81 6 RESULTADOS E AN LISES eee reatar 82 6 1 CONSIDERA ES SOBRE A INICIALIZA O cccccereeeeeerereeaeereraeaeneereranearereraaacaresaranaros 82 OA CUR CIA finito sabia Tr lie od DAS ra pcs dl o fa 84 02 SCAG AO ASS pcsge st 5 cp ing E discs aba Ra Godan CRS Te o a 85 62 OO LM O jo PANIC RR RR NERI RAR RT RR DE ENE NERI EE DSR RO ES NORA DIR 86 6 2 1 2 Indicadores da acur cia c cccccccccssssssssecececececeesensececececsesesenssaeceseceesesenseaeeeeees 87 6 2 2 Esta o ADAM of 3503 p n a oud Shas a eae aer pus taesaine ead a as Pa 89 6 221 TOS MEDE Re care cede cc beach wee cca yak bese So sag RIO ceca aa Wes ody EN PR 90 6 2 2 2 Indicadores da acur cia sann a a a a Teaia N 91 6 23 Esta o ASSE er a tet and T a E RA a e 92 OS E E E E E E EE 94 6 2 3 2 Indicadores da acur cia cccccccccesssssssccececcceceesensececesecsenssenseaeeeseccesensnsaeaeeesees 95 6 24 Esta o TUPA mi eeir e e Nahe a E A E 97 GLA VTIS sa a ERR E I UNDER A N ER ee 98 6 2 4 2 Indicadores da acur cia nnion a aa a aaa A a AA ia nS 99 6 2 5 Esta o PANO rrn a aaa E E EA A A iea Ra 101 6 BRAS BD Ly EA EN E o AE EEEE EE E E I EAA 102 6 2 5 2 Indicadores da acur cia senei i iii ii e iii i 103 6 2 6 Esta o BA TA utii a e canada n E Ga A aN 106 PR a7 TO A A
67. K J nas estrat gias VRS_S e RTK_S que n o utilizam as observ veis do sistema GLONASS os resultados foram melhores que 4 cm para as componentes N E e h Os resultados obtidos no per odo da tarde Figura 44 b em geral foram piores principalmente para a estrat gia VRS_S que n o foi poss vel obter solu o fixa consequentemente n o obteve resultados Na estrat gia VRS foram obtidos resultados mas a amostra cont m apenas 50 pontos devido a perda da inicializa o durante a coleta e n o foi obtida uma nova solu o o que reduz a signific ncia dos resultados Para a estrat gia RTK_S os resultados ficaram menores que 25 cm igualmente para as componentes N E e h J no RTK obteve se resultados melhores que no RTK_S por m os resultados n o foram t o satisfat rios como pode se observar a partir dos valores obtidos para as componentes N E e h 22 cm 12 cm e 6 cm respectivamente Visto que por exemplo Afonso 2006 que aplicou metodologia semelhante obteve resultados melhores que 6 6 cm para o posicionamento interno a rede Por m cabe salientar que a rede utilizada por ele apresentava uma densidade muito maior 106 6 2 6 Esta o BATA Na cidade de Bataguassu MS no p tio da escola municipal Marechal Rondon existe uma esta o pertencente ao SGB BATA Essa esta o possui um marco de concreto com dispositivo para centrar de forma for ada No entanto a cobertura para a quadra de esportes ocasiona a obstru
68. R Par metros N mero de bytes Descri o STX 1 In cio da transmiss o Status 1 Estado em bytes Tipo de mensagem CMR 0 observ veis 1 localiza o 2 Tipo 1 o descri o Comprimento 1 Tamanho da mensagem em bytes Bloco de Dados come por Dados da mensagem como definido defini o Checksum 1 Calcular o checksum de dados usando Status tipo compri Bloco de dados mod 256 ETX 1 Fim do identificador de Transmiss o Fonte Adaptado e traduzido de TALBOT 1996 O quadro possui campos para defini o do Pacote CMR e In cio do identificador de transmiss o e Otipo de mensagem CMR e Comprimento da mensagem e Mensagem de Registro da Medi o Compacta e Checksum verifica o do n mero de bits que est o sendo transferidos para descobrir erros na transfer ncia e Fim do identificador de Transmiss o No protocolo h tr s tipos de mensagens definidas para o posicionamento RTK e Medi es Observ veis e Posi o da Esta o de Refer ncia e Descri o das Esta es de Refer ncias Dentro de cada tipo das tr s mensagens tem se um cabe alho e uma se o de dados O Cabe alho cont m as seguintes informa es e N mero de vers o da mensagem e Identificador da Esta o e Tipo de mensagem e flag de bateria baixa 54 e Instante de coleta epoch time e Corre o de rel gio Conv m chamar a aten o que com o desenvolvimento do padr o CMR CMR foi poss vel minimizar pela me
69. RTK em rede Autor II Universidade Estadual Paulista Faculdade de Ci ncias e Tecnologia HI T tulo CDD 18 ed 621 71 Ficha catalogr fica elaborada pela Se o T cnica de Aquisi o e Tratamento da Informa o Servi o T cnico de Biblioteca e Documenta o UNESP C mpus de Presidente Prudente Avi AVASAY UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Ly u nes 7 J LIO DE MESQUITA FILHO Campus de Presidente Prudente BANCA EXAMINADORA ute i a Se A Mae AE Marie ne aa PROF DR JO O FRANCISCO GALERA MONICO ORIENTADOR e 2a ee Ae gt do KIER ND PROF DR LEONARDO CASTRO DE OLIVEIRA IME PROF DR MAURO ISSAMU ISHIKAWA UNESP KCT eee Seren ses a EDUARDO DE MAGALHAES BARBOSA PRESIDENTE PRUDENTE SP 28 DE MAIO DE RESULTADO Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Se o de P s Gradua o Rua Roberto Simonsen 305 CEP 19060 900 Presidente Prudente Tel 18 229 5352 fax 18 223 4519 posgrad fet unesp br Nascimento Filia o 1998 2002 2008 2010 DADOS CURRICULARES Eduardo de Magalh es Barbosa 05 02 1979 Goi nia GO Mario Januario Barbosa Aliria de Magalh es Barbosa Gradua o em Engenharia de Agrimensura pela Universidade Federal de Vi osa Mestrado em Ci ncias Cartogr ficas pela Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da UNESP Presidente Prudente DEDICAT RIA A minha querida noiva Kiriam pelo apoio compreens o e incentivo Aos meus estimado
70. RTK_S 2s 3min 13s VRS 5s 12min 11s VRS_S 6s Smin 4s ADAM 20e 21 11 09 RTK 85 Amin 125 RTK_S 3s 14min 26s VRS 8s 19min 15s VRS_S 14s NF ASSI 13 e 14 01 10 RTK 19s midis RTK_S 10s 9min 40s VRS 3s 7min 7s VRS_S 32s NF TUPA 18e 19 11 09 RTK s 7min Os RTK_S 10s 9min 30s VRS 3s NF VRS_S 6s NF PANO 02 e 03 12 09 RTK 3 9min 10s RTK_S 14s 9min 59s VRS 37s 10min 21s VRS_S 17s 25min 8s BATA 02 e 03 12 09 RTK EE NE RTK S Imin Is 12min 50s N o fixou as ambiguidades ap s 30 minutos de espera N o fixou as ambiguidades ap s 25 minutos de espera Os intervalos de tempos de inicializa o variaram bastante mas algumas considera es podem ser tiradas dos resultados apresentados na Tabela 01 Pode se verificar que houve um aumento significativo nos mesmos quando as dist ncias entre as esta es base e as esta es de coleta se tornaram maiores Verifica se que os intervalos de tempos de inicializa o obtidos na esta o ASSE s o menores que os obtidos na esta o ADAM mais distante e isto poder ser observado de forma geral para todas as esta es nas diferentes estrat gias Era esperado que nas estrat gias VRS e VRS S fossem obtidos resultados mais eficientes por estarem fazendo a utiliza o das corre es advindas da rede mas n o ocorreram melhorias significativas nos tempos de inicializa o Na verdade pode se verificar em v rios casos tempos maiores de inicializa o que nas estrat gias que utiliza
71. SE 20 02 10 VRS 3s 32s 13h40min VRS_S 2min 4s 3s 14h8min Tarde 7 RTK Imin 5s 4min 48s 13h00min RTK S 3min 8s 3min 13s 13h20min 131 Na Tabela A 2 s o apresentados os tempos de inicializa o computados na esta o ADAM distante 60 77 km da esta o base PPTE O processamento da rede foi realizado utilizando tamb m as esta es de refer ncia NEIA SPCA e UBAT Tabela A 2 Tempo transcorrido para cada inicializa o feita na esta o ADAM Esta o ER E as E e aed de in cio 45s 2 7hl5min Manh ES 8s 44s 7h35min RTK 8s 33s 7h5 Imin RTK S 13s Imin 33s 8h29min ADAM 20 11 09 VRS Imin 3s 10min 10s 14h48min Tarde VRS_S 3min 12s 5min 3s 15h19min RTK Imin 44s Imin 38s 15h41min RTK_S 2min 1s 14min 26s 15h57min 7h39min Manna XESS Sminds 6s Shin ThSmin Pewee cover 7h33min VRS FC FC 13h41min Tarde VRS_S FC FC RTK 56s 17s 12h45min RTK S 10s 3s 14h58min Falha na conex o problema na rede celular desta localidade 132 Na Tabela A 3 s o apresentados os tempos de inicializa o computados na esta o ASSI distante 64 97 km da esta o base OURI O processamento da rede necess rio para gerar os dados da VRS utilizada no posicionamento foi realizado sem as esta es de refer ncia NEIA SPCA e UBAT desabilitadas no GPSNet Tabela A 3 Tempo transcorrido para cada inicializa o feita na esta o ASSI Esta o Per od
72. VPL respectivamente obtidos na esta o ASSI do DP es A S0ooco000 E Acur HZ BAL PX l N o y STA Y E manh o tarde Estrat gias inicializa es e hor rios Figura C 3 Compara o entre os resultados de HPL e os erros obtidos na esta o ASSI para o dia 14 01 2010 E Acur Vert A m SO tarde Estrat gias inicializa es e hor rios Figura C 4 Compara o entre os resultados de VPL e os erros obtidos na esta o ASSI para o dia 14 01 2010 139 A seguir s o apresentadas as Figuras C 5 e C 6 com os valores de HPL e VPL obtidos na esta o TUPA o romeo SEE ooo oo E Acur HZ B E 8 wn e E o i v N cf 0 oO p S 2 E wa amp do oO 2 b 5 N u Figura C 5 Compara o entre os resultados de HPL e os erros obtidos na esta o TUPA para o dia 18 11 2009 E Acur Vert wn o E o lu o a v Nn v Le o E S Ss E E wn do oO po 5 wn WwW o TUPA para o dia 18 11 2009 o entre os resultados de VPL e os erros obtidos na esta Compara Figura C 6 140 Nas Figuras C 7 e C 8 s o apresentados os valores de HPL e VPL respectivamente obtidos na esta o BATA E Acur HZ ye tarde Estrat gias inicializa es e hor rios o BATA para o dia 11 01 2009 o entre os resultados de HPL e
73. a 59 Fixa Mensagem Pr pria 60 63 Reservado Uso Multi Fim Fonte Adaptado e traduzido de RTCM 2001 V2 3 Cada um dos tipos de mensagem RTCM formado por uma quantidade N 2 de palavras com tamanho de 30 bits cada sendo N a quantidade de palavras que cont m dados na mensagem e 2 o n mero de palavras do cabe alho O n mero m ximo de palavras de dados permitido por mensagem 31 logo o n mero m ximo de palavras de uma mensagem de 33 RTCM 2001 As duas primeiras palavras de cada mensagem constituem o seu cabe alho e cont m dados pertinentes a qualquer tipo da mensagem informa o sobre a esta o de 45 refer ncia o tempo de refer ncia e as informa es necess rias para a sincroniza o da mensagem pelo usu rio ilustrado na Figura 06 12345 67 8 91011 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Primeira palavra de cada mensagem Pre mbulo Tipo de Identifica o da Paridade 011001 10s LSB MSB LSB A Mensagem Esta o Primeiro Bit Transmitido ltimo Bit Transmitido 123 45 67 8 9 10 11 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Segunda palavra de cada mensagem MSB Contador Z Modificado N de Comp do Sa de Paridade Seq Quadro da Est Primeiro Bit Transmitido Ultimo Bit Transmitido Figura 06 Duas primeiras palavras de cada quadro das mensagens RTCM 2 3 Fonte Adaptado e traduzido de RTCM 200
74. a Isso pode incluir controle de fluxo empacotamento ou checagem de erros adicionais Isto definido pelo provedor do servi o que define esta camada como apropriada para a aplica o RTCM 2006 3 2 5 Camada f sica A camada f sica define como os dados das mensagens s o carregados ao n vel eletr nico e mec nico Por exemplo MSK Minimum Shift Keying UHF Ultra High Frequency Modem de VHF Very High Frequency subportadora FM Frequency Modulation link de Sat lite cabo fixo RTCM 2006 3 3 CMR CMR Diferentemente dos outros protocolos discutidos nas se es anteriores o CMR foi desenvolvido por um fabricante de receptores a Trimble e foi publicada por Talbot 1996 Desde ent o outros fabricantes como Leica Ashtech NovAtel Topcon entre outros inclu ram suporte ao CMR nos seus receptores O CMR forneceu uma alternativa mais eficiente de uso de largura de banda as vers es 2 x RTCM para os usu rios RTK GPS J o CMR uma vers o melhorada do CMR TALBOT 1997 padr o que possui um pico maior de rendimento m ximo IGNSS 2006 53 Segundo Talbot 1996 o formato CMR abrange um protocolo de mensagem mais um algoritmo de compress o dos dados de medi o Todo o bloco de mensagem CMR encapsulado dentro de seis bytes que enquadram cabe alho fim header tail como mostra a Quadro 06 Quadro 06 Defini o de Pacote de Registro de Medi o Compacto CM
75. a configura o cada esta o remota tem um endere o IP e o roteador no centro de controle transforma de Frame Relay para Local Area Network LAN e vice versa Entretanto nos dias atuais com o advento de outras tecnologias como do VPN Virtual Private Network e de outros servi os de acesso dedicado como o Cable Modeme o DSL a tend ncia de substitui o do Frame Relay est sendo acelerada 4 2 2 Conex o do GPSNet com os usu rios Semelhante a solu o para as esta es de refer ncia o GPSNet suporta m ltiplos caminhos para que um usu rio receba dados e ou corre es tais como e Um modem conectado no centro de controle com o GPSNet pelas portas seriais do computador atrav s do modulo Gerador RTCM utilizando uma interface Windows TAPI Telephony Application Programming Interface e Uma unidade de rede Access Server que simula um roteador de rede mas pode tratar m ltiplas conex es de um modem simultaneamente Al m de usar s um n mero telef nico o Access Server tamb m distribui automaticamente a chamada de entrada para o pr ximo Gerador RTCM dispon vel no GPSNet 12 uma tecnologia eficiente de comunica o de dados usada para transmitir de maneira r pida e barata a informa o digital atrav s de uma rede de dados dividindo essas informa es em frames quadros TANENBAUM 2003 66 e Al m da comunica o bidirecional com o receptor do usu rio poss vel um m dulo Gerador de RTCM enviar
76. a est o posicionadas mais afastadas umas das outras em compara o as redes que atualmente est o utilizando o GPSNet para o RTK em rede Por isto existe a necessidade de investigar o seu desempenho nesta configura o com esta es de refer ncia mais espa adas visando analisar o que se deteriora Outro fato que torna relevante este projeto o pequeno n mero de pesquisas sobre o RTK em rede no Brasil uma vez que at ent o n o havia redes que pudessem ser beneficiadas com o RTK em rede pois a infra estrutura era insuficiente para a sua implanta o Finalmente cabe ressaltar que esta pesquisa pode contribuir com informa es que viabilizem a implanta o do RTK em rede em outras regi es do pa s para que possa ser empregado nas mais diversas aplica es Al m do que atualmente no Brasil tem se a demanda com rela o aos levantamentos para fins de georreferenciamento de im veis rurais os quais poderiam utilizar o RTK em rede 1 4 Conte do da disserta o O presente trabalho foi organizado como descrito a seguir com o conte do de cada cap tulo No cap tulo 2 s o apresentados os aspectos te ricos do posicionamento GNSS baseado em redes Neste contexto foram apresentados os princ pios do posicionamento relativo bem como as caracter sticas dos m todos de posicionamento RTK e RTK em rede Para a disponibiliza o das corre es de rede ser dado nfase ao conceito de VRS pois o m todo utilizado nesta p
77. adamente 60 77 km da esta o base PPTE como pode ser observado na Figura 21 Portanto ADAM possui a segunda melhor condi o para o posicionamento RTK isto baseado no crit rio da dist ncia esta o base ILHA A EN 126km Ne 60km er Figura 21 Configura o das esta es pr ximas a ADAM O experimento na esta o ADAM foi realizado seguindo a mesma metodologia utilizada na esta o ASSE Os dados do posicionamento RTK e RTK em rede ocorreram nos dias 20 e 21 11 2009 A disposi o do equipamento durante os experimentos na esta o ADAM apresentada pela Figura 22 Essa esta o possui um pilar de concreto de 1 2 m de altura e 0 30 m de di metro Possui no topo um dispositivo que possibilita centrar de forma for ada o receptor 90 Figura 22 Local do experimento em Adamantina 6 2 2 1 195 Os valores obtidos para o I95 no contexto da rede GNSS SP s o utilizados para analisar os experimentos realizados na esta o ADAM As Figuras 23 e 24 apresentam os valores do 95 obtidos para cada hora do dia High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 12345887 g a 104 12 94 4846 1748019 2021222324 Hour of Day 20 11 2009 Figura 23 195 para rede GNSS SP no dia 20 11 2009 91 High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 123 46 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2
78. ade e disponibilidade no contexto da Geod sia Neste contexto pode se observar que no decorrer dos anos o conceito de redes de esta es de refer ncia para o posicionamento GNSS tanto em tempo real quanto p s processado foi amplamente pesquisado atrav s de v rios grupos de pesquisas WANNINGER 1999 DAI et al 2001 ZHANG e ROBERTS 2003 ALVES AHN e LACHAPELLE 2003 Dessa forma com o desenvolvimento do conceito de rede no posicionamento RTK em rede foi poss vel desenvolver aplica es que requerem alto n vel de acur cia como a posi o e orienta o de aeronaves entre outras LACHAPELLE e ALVES 2002 Os m todos de posicionamento RTK e DGPS em rede fornecem grandes vantagens ao usu rio A rede de esta es permite a modelagem dos erros atmosf ricos 26 reduzindo a decorrela o dos erros espaciais fator que limita a dist ncia entre o usu rio e a esta o de refer ncia No caso do RTK esta dist ncia aproximadamente 20 km dependendo das condi es ionosf ricas ALVES 2008 2 1 1 Posicionamento relativo No posicionamento relativo para uma simples linha de base dois receptores devem estar coletando dados simultaneamente durante a sess o de observa o No contexto desse tipo de posicionamento a observ vel normalmente adotada como fundamental a dupla diferen a DD quer seja da fase de batimento da onda portadora ou da pseudodist ncia ou ambas Os casos onde se usam as duas observ veis pro
79. ador n vel II da Figura 04 PL sempre estar limitado ao PE mas exceder frequentemente ao AL o que causar uma baixa continuidade e disponibilidade J se o n vel de prote o escolhido muito otimista n vel V da Figura 04 a probabilidade de uma informa o perigosamente equivocada ser dada HMI Hazardously Misleading Information aumenta HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 O c lculo de PL n o deve ser nem muito otimista nem muito conservador gt Ju II Il IV V VI PLS VE on PE N vel de Prote o Erro de posi o Tempo I PE lt PL lt AL opera o normal II PE lt AL lt PL sistema indispon vel conservador IM AL lt PE lt PL sistema indispon vel IV PL lt PE lt AL informa o equivocada otimista V PL lt AL lt PE informa o perigosamente equivocada VI AL lt PL lt PE informa o equivocada Figura 04 N veis de Prote o Fonte Adaptado e traduzido de Hofmann Wellenhof Lichtenegger e Wasle 2008 O Quadro 01 apresenta um resumos das poss veis condi es de opera o do sistema em rela o a integridade 39 Quadro 01 Condi es de opera o do sistema Situa o Sistema Condi o Obs I Dispon vel Ok Normal I Indisponivel Ok Conservador MI Indispon vel Ok Normal IV Dispon vel Risco Otimista V Dispon vel Alto risco Equivocadamente VI Indispon vel Ri
80. ados respectivamente os valores de EMQ e 195 para o segundo dia de experimento 0 45 4 0 40 0 35 3 mVRS 0 30 ERTK E 0 25 mVRS_S p wn g 2 9 mRTK_S amp 0 20 195 VRS 0 15 195 RTK 1 E 0 10 195 VRS_S 195 RTK_S 0 05 0 00 0 ASSE 34km ADAM 60km ASSI_64km TUPA 84km PANO 93km BATA 104km Esta es 1 6 8 1 4 7 1 2 z E VRS io m RTK mVRS_S E i g 0 8 4 9 ERIK S lu 195 VRS 0 6 3 195 RTK 0 4 2 195 VRS_S 195 RTK_S 0 2 1 0 0 0 ASSE 34km ADAM_60km ASSI_64km TUPA_84km PANO 93km BATA 104km Esta es Figura B 2 EMQ obtido na componente altim trica e os valores de 195 para per odo da tarde 137 AP NDICE C Valores de integridade HPL e VPL Neste ap ndice s o apresentados os valores de HPL e VPL para as esta es contidas dentro da rea de abrang ncia da rede ADAM ASSI e TUPA e externa a rede BATA Nas Figuras C 1 e C 2 s o apresentados respectivamente os valores de HPL e VPL obtidos na esta o ADAM E Acur HZ m O 7 ON NY VN WY N g amp o7 E A x i 2 G Q lt u 9 ware ae m VPL D TT SE FEL TS N E Acur Vert ON A MAL gt a NT manh ao etic tarde Estrat gias inicializa es e hor rios Figura C 2 Compara o entre os resultados de VPL e os erros obtidos na esta o ADAM para o dia 21 11 2009 138 As Figuras C 3 e C 4 apresentam os valores de HPL e
81. afastamento entre o usu rio e a esta o base a efici ncia do m todo degradada pois a correla o dos erros reduzida Mas quando se utiliza uma rede de esta es de refer ncia pode se realizar a modelagem dos erros na rea de abrang ncia da rede Esta concep o denominada de RTK em Rede No que concerne a rede de esta es de refer ncia GNSS utilizou se a rede estabelecida no oeste do estado de S o Paulo rede GNSS SP O software adotado para realizar o processamento em rede foi o GPSNet na vers o 2 73 Outra quest o levantada foi com rela o aos padr es dispon veis para a transmiss o dos dados ao usu rio tais como o RTCM e CMR mostrando as evolu es e aplica es A quest o do enlace de comunica o link tamb m foi abordada mostrando os principais tipos dispon veis mas com nfase na telefonia m vel que foi utilizada para transmitir os dados via internet Foram conduzidos v rios experimentos em diferentes localiza es para analisar a integridade disponibilidade e acur cia para os posicionamentos RTK e RTK em rede Os experimentos realizados com o RTK e RTK em rede utilizando o conceito de VRS Virtual Reference Station mostraram alguns problemas os quais podem estar relacionados ao espa amento da rede Dentre eles pode se citar a dilui o da acur cia o tempo de inicializa o acima do esperado ou at mesmo a n o fixa o das ambiguidades ap s 30 min de espera Tamb m foram evidenciados os
82. alisando as Figuras 50 a e b percebe se que em geral quanto maior a dist ncia da base os resultados se tornam piores Essa rela o do EMQ com a dist ncia era esperada para o posicionamento RTK mas n o para o posicionamento em rede VRS e VRS_S Com base em todos os resultados poss vel observar que para as estrat gias RTK e RTK S com 195 lt 4 e a dist ncia da base at 93 km todos os erros EMQ apresentaram se menores que 10 cm J para as estrat gias VRS e VRS S com I95 lt 4 a acur cia melhor que 10 cm s foi obtida para dist ncias de at 60 km Os resultados obtidos na esta o BATA localizada fora da rea de abrang ncia da rede e a mais de 100 km da base para as estrat gias RTK e RTK S apresentaram valores inferiores a 30 cm mas nas estrat gias VRS e VRS_S foram obtidos valores de at 1 4 m Para o per odo da tarde os erros s o significativamente maiores isto provavelmente est relacionado ao efeito da ionosfera como pode ser visto pelos valores do I95 Fato que j havia sido constatado nas an lises individuais de cada experimento por m quando as dist ncias aumentam os resultados advindos dos dados coletados no per odo da tarde s o muito deteriorados e muita das vezes se tornam insatisfat rios Com base nos resultados apresentados na Figura 50 a e b poss vel ver evid ncias que a qualidade do posicionamento RTK e RTK em rede sofre influ ncias tanto das dist ncias da base como da ionosfera
83. ar algumas recomenda es tais como Investigar o RTK e RTK em rede para o per odo de alta atividade ionosf rica analisando o comportamento da acur cia para cada estrat gia Existem grandes ind cios que em per odos de atividade ionosf rica alta n o seja poss vel realizar o posicionamento RTK ou mesmo RTK em rede com as dist ncias envolvidas na rede utilizada nessa pesquisa e Investigar o desempenho do software GPSNET dentro das especifica es dadas pelo fabricante Testar com outros modelos como o que est em desenvolvimento na FCT UNESP e o dispon vel no INCRA GNSMART da Geo se o desempenho apresenta melhorias Investigar o desempenho no emprego cinem tico uma vez que foram testados apenas est tico e Investigar dentro do modelo adotado para o c lculo da integridade valores para a constante k que se adequem melhor a componente vertical Finalmente vale ressaltar que para a rede GNSS SP a nica rede dispon vel at o momento com densidade que vislumbre o posicionamento RTK em rede os resultados n o foram satisfat rios mas muito promissores Assim permanece a necessidade de uma maior densidade de esta es para esse tipo de aplica o Com rela o ao software o sistema se mostra promissor se as defici ncias forem sanadas A disponibiliza o da integridade ao usu rio at o momento n o poss vel Isso ocorre devido as adequa es necess rias aos equipamentos e softwares que facilitem o aces
84. btidos pelo usu rio perdem sua correla o chegando ao ponto de inviabilizar o posicionamento ALVES 2008 Com a proposta de sanar esse problema surge o RTK em rede no qual uma rede de esta es de refer ncia utilizada para gerar corre es para os usu rios Este conceito de rede de esta es de refer ncia foi desenvolvido devido necessidade de uma melhor disponibilidade qualidade acur cia e integridade no posicionamento e na navega o ALVES 2008 Al m disso uma das vantagens de se adotar v rias esta es de refer ncia dispostas em rede a possibilidade de modelar os erros atmosf ricos ionosfera e troposfera na regi o de abrang ncia da rede FOTOPOULOS e CANNON 2001 e com isto permitir um posicionamento acurado com esta es de refer ncia podendo estar mais distantes dos usu rios que no RTK Cabe acrescentar que como no posicionamento em rede se utiliza mais de uma esta o de refer ncia para gerar as corre es um usu rio provavelmente ir conseguir fazer o posicionamento se uma das esta es falhar dependendo da configura o da rede e n mero de esta es utilizadas porque a mesma pode ser eliminada na gera o das corre es e ainda assim garantir o n vel de qualidade requerido Os v rios m todos desenvolvidos para fornecer as corre es advindas do posicionamento baseado em redes podem ser categorizados como Algoritmo de Derivada 19 Parcial Algoritmo de interpola o Linear
85. camada de rede quase sempre tem uma implementa o mista de hardware e software KUROSE e ROSS 2006 Assim a partir do entendimento geral da estrutura de camadas utilizada na Internet passa se a pr xima se o para descrever de forma r pida as tecnologias de acesso a Internet usando infra estrutura de telefonia m vel mostrando suas caracter sticas e evolu es 3 4 2 1 Tecnologias de acesso a internet m vel O sistema GSM uma tecnologia que teve um grande sucesso e uma r pida expans o Em 1982 foram iniciadas as primeiras pesquisas para o desenvolvimento do GSM e em menos de duas d cadas tornou se a tecnologia mais utilizada Hoje est presente em 218 pa ses e utilizado por v rias empresas de telecomunica o Cabendo salientar que nos dias atuais a tecnologia GSM representa 86 34 do mercado no Brasil TELECO 2009 Os conhecimentos sobre o GSM foram disseminados a partir dos comit s do Instituto Europeu de Normas de Telecomunica es European Telecommunication Standard Institute ETSI O primeiro padr o originalmente desenvolvido foi o P GSM ou GSM 900 Esse padr o utiliza uma frequ ncia na banda de 900 MHz e foi projetado para opera o em uma rea ampla Depois surgiram e O E GSM para aumentar a capacidade de canais de r dio frequ ncia RF oferecido pelo P GSM e O R GSM para aumentar a capacidade de canais RF oferecido pelo E GSM e O GSM 1800 surgiu para a amplia o das bandas reservadas ao GSM e m
86. continuamente dados de uma esta o de refer ncia por exemplo a partir de uma antena de r dio conectada por um cabo serial Este m todo t pico para o m dulo RTCM Single Station que trabalha com uma esta o de refer ncia e O usu rio estabelece conex o com o centro de controle utilizando conex o a Internet via GPRS O centro de controle direciona os dados via iGate ou Trimble NTRIP Caster ao usu rio 4 2 3 M dulos do programa GPSNet O GPSNet implementado utilizando o conceito de m dulos Ent o cada ferramenta espec fica funciona em um m dulo e diferentes combina es podem ser organizadas dependendo dos seus requisitos A Figura 08 mostra este conceito de m dulos na estrutura de rvore Desta forma cada m dulo pode ser adicionado ao GPSNet de acordo as necessidades do usu rio No entanto a menor configura o para o posicionamento em rede composta com no m nimo quatro m dulos Receiver Synchronizer DGPSNet e ou RTKNet e RTCM VRS Generator Esta configura o pode ser estendida quando necess rio e n o h nem uma limita o funcional com rela o ao n mero de m dulos Receiver ou RTCM VRS Generator mas apenas os limites f sicos do computador Cabe ressaltar que quando o primeiro m dulo Receiver adicionado os m dulos Almanac e Ephemeris tamb m s o iniciados automaticamente porque s o necess rios para o funcionamento do m dulo Receiver Uma vez feitas as configura es no GPSNet deve se sa
87. ctronics Association numa s rie de caracteres da posi o chamada de mensagem GGA Global Positioning System Fix Data por exemplo utilizando um modem celular de conex o de dados via internet como GSM Global System for Mobile communications GPRS General Packet Radio Service O centro de controle aceita a posi o e responde enviando dados da VRS no formato RTCM ZHANG e ROBERTS 2003 TRIMBLE 2006 Desta forma a esta o de refer ncia virtual gerada na posi o informada pelo usu rio Figura 01 que a utiliza como se ela fosse uma esta o real de refer ncia LANDAU VOLLATH e CHEN 2002 31 4 A A A n 4 rea de cobertura A _Q A Esta es de Refer ncia a n A Esta es Virtuais oe SE 0 Esta es m veis Figura 01 Conceito de esta es de refer ncia virtual Fonte Adaptado de Alves 2008 Finalizando dos m todos adotados no posicionamento em rede aquele baseado em VRS apresenta caracter stica atrativa ao usu rio tais como a redu o da complexidade no que diz respeito ao software para o usu rio uma vez que o usu rio poder utilizar o pr prio software dispon vel no receptor para o posicionamento em tempo real Isto possibilita uma vida til maior aos equipamentos j adquiridos pelos v rios usu rios MONICO 2008 2 3 1 1 Princ pio da VRS Para transformar as medidas feitas em uma esta o de refer ncia real para a localiza o da VRS todos os
88. da MVC Foi necess rio retirar os valores da MCV de forma manual o que inviabilizou o processamento de todos os pontos coletados Dessa forma foram escolhidos pontos que pudessem dar uma representatividade da diversidade dos resultados Para calcular os valores de VPL e HPL s o necess rios os valores da MVC dos par metros estimados no sistema de coordenadas locais e o sigma a priori Logo foram realizadas as propaga es da MVC do sistema cartesiano para o sistema local e assim calculados os valores para HPL e VPL Analisando poss veis valores para propor o limite de alarme AL decidiu se adotar neste trabalho o valor de 10 cm como sendo o limite a ser ultrapassado pelos n veis de prote o horizontal HPL e vertical VPL para acionar o alarme Isso se deve ao fato de que no posicionamento RTK e RTK em rede assumiu se que n o se deseja acur cia inferior a esse limiar Nessa se o os valores para HPL e VPL s o apresentados apenas para as esta es ASSE e PANO as quais apresentaram a melhor e a pior condi o para o posicionamento dentro da rede respectivamente Para as demais esta es os resultados podem ser consultados no Ap ndice C Os valores obtidos e apresentados na Figura 53 referem se coleta com base no posicionamento RTK e RTK em rede Ela descreve a integridade HPL da 117 componente horizontal e os valores de acur cia obtidos para esta o ASSE em cada ponto analisado 0 12 0 1 0 08 E 0
89. dia 02 12 2009 no per odo da manh e da tarde 104 Figura 44 EMQ obtido na esta o PANO no dia 03 12 2009 no per odo da manh e da tarde 105 Figura 45 As esta es mais pr ximas a BATA e rreeeeeeereeraeeraana 106 Figura 46 I95 para a rede GNSS SP no dia 11 01 2010 107 Figura 47 I95 para a rede GNSS SP no dia 12 01 2010 107 Figura 48 EMQ obtido na esta o BATA no dia 11 01 2010 no per odo da manh e da tarde 108 Figura 49 EMQ obtido na esta o BATA no dia 12 01 2010 no per odo da manh e da tarde 108 Figura 50 EMQ obtido na componente altim trica e os valores de 195 da rede para os hor rios de coleta de cada estrat gia ii reeeeereeereeanaa 110 Figura 51 Ciclo solar e a predi o para os pr ximos anos indicativos para a ionosfera 113 Figura 52 N mero de sat lites processados da esta o PPTE 114 Figura 53 Compara o entre os resultados de HPL e os erros obtidos na esta o ASSE para odia 19 02 20 Dracena ieltdntaneleeads anual ated a ar dada eau a 117 Figura 54 Compara o entre os resultados de VPL e os erros obtidos na esta o ASSE para odia OD OO rata la tda sa ira Di a a a ta 118 Figura 55 Compara o entre os resultados de HPL e os erros obtidos na esta o PANO para dia 03 12 0000 sa sacs ok eins a e a seas peasy sina Eau AA 119 Figura 56
90. dido em duas componentes a vertical PL VPL Vertical Protection Levels e a horizontal PL HPL Horizontal Protection Levels Essa s o consideradas como n veis independentes e podem ser obtidas a partir dos modelos matem ticos apresentados por HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 VPL kypr0o quu 2 10 HPL kiero Ta fue Ro 2 11 onde os elementos qnn ee Ine gt quu SAO as vari ncias obtidas da MVC dos par metros estimados no sistema de coordenadas geod sico local e dp o sigma a priori Segundo Roturier et al 2001 o fator k em 2 10 e 2 11 escala a varia o da posi o a um n vel compat vel com a exig ncia de integridade Por exemplo para aplica es de aproxima o com precis o no dom nio de avia o os valores de k para os n veis de prote o horizontal kwpr e vertical kvpr s o kvpr 5 33 e kwpr 6 0 supondo uma fun o de distribui o normal RTCA 2006 gt valor de k determinado a partir de uma distribui o Rayleigh desde que a prote o seja bi dimensional J para aplica es com dois fatores unidimensionais k determinado de uma distribui o Normal correspondendo a lateral crosstrack e a prote o vertical ROTURIER et al 2001 38 Na Figura 04 o erro de posi o o n vel de prote o e o limite de alerta s o contrastados em v rios cen rios de opera o do sistema Por exemplo se o n vel de prote o for muito conserv
91. do os erros na esta o ARAC e o instante quando foram assumidas as coordenadas determinadas pelo GPSNet eccceeseeeesseeeestecesteeeeeaes 76 Figura 13 Configura o do m dulo gerador de VRS no software GPSNet 77 Figura 14 Esta es utilizadas nos experimentos 0 0 0 eee eee eeseeeseeceeeceseeeeeeesneecaeceseeeseeeeaeesnaeens 80 Figura 15 Esta es pr ximas a esta o ASSE 00 eeecesseescceeecesoeececersencetneesoeeescentsecetseeeontens 85 Figura 16 Local do experimento dentro da rea do Assentamento S o Jorge 86 Figura 17 Valores do ndice I95 na rede GNSS SP para o dia 19 02 2010 86 Figura 18 Valores do ndice I95 na rede GNSS SP para o dia 20 02 2010 87 Figura 19 EMQ obtido na esta o ASSE no dia 19 02 2010 no per odo da manh e da tarde 88 Figura 20 EMQ obtido na esta o ASSE no dia 20 02 2010 no per odo da manh e da tarde 88 Figura 21 Configura o das esta es pr ximas a ADAM rrenan 89 Figura 22 Local do experimento em Adamantina e eeeeereeraneraaaeaa 90 Figura 23 195 para rede GNSS SP no dia 20 11 2009 ss sessesserseerserareeanta 90 Figura 24 I95 para rede GNSS SP no dia 21 11 2009 e 91 Figura 25 EMQ obtido na esta o ADAM no dia 20 11 2009 no per odo da manh
92. dor RTCM O GPSNet tem dispon vel v rios formatos de dados como mostra o Quadro 11 Quadro 11 Formatos de mensagens dispon veis no GPSNet M todo Formato Tipo de Mensagem 1 Corre es DGPS 2 Diferen as das corre es DGPS 3 Par metro da esta o de refer ncia 9 Conjunto de corre es parciais GPS DGPS RTCM 2 3 18 Dados brutos fase 19 Dados brutos pseudodist ncia 20 Corre es diferenciais fase 21 Corre es diferenciais pseudodist ncia RTCM 2 3 22 Par metros da esta o de refer ncia 23 Defini o do tipo de antena 24 Par metros do ponto de refer ncia da antena ARP RTK Antenna Reference Point Parameter 59 Corre es FKP RTCM 59 AdV RTCM 3 0 Corre es de rede CMR Formato propriet rio da Trimble dados de fase Otimiza o da mensagem CMR de forma a ser enviada CMR compactada dados de fase CMRx Corre es GNSS Fonte AFONSO 2006 O GPSNet possui tr s tipos de m dulos Gerador RTCM que s o adotados dependendo do tipo de posicionamento requerido pelo usu rio Os tipos de m dulos geradores RTCM s o e RTCM Single Station distribui os dados de uma esta o espec fica a um usu rio conectado a ele Assim atua como esta o de refer ncia 13 RTCM 59 AdV Arbeitsgemeinschaft der deutchen Vermessungsverwaltungen uma implementa o especial do conceito FKP introdu
93. dos da base para a posi o dada pelo usu rio e gera a VRS para esta posi o No RTK em rede utilizando VRS o usu rio envia sua posi o ao centro de controle para que ele possa gerar os dados da VRS e assim o usu rio realizar o posicionamento Para isto h a necessidade de utilizar um dispositivo que possibilite ao usu rio o acesso a internet no campo viabilizando a transfer ncia de informa es entre o usu rio e o centro de controle Tal dispositivo pode ser um modem celular GSM GPRS por exemplo que garante mobilidade ao usu rio na regi o de abrang ncia da rede A comunica o deve ser realizada estabelecendo um link bidirecional o qual possibilita a troca de informa es entre o usu rio e o servidor com o envio e a recep o de dados Figura 10 Neste caso o usu rio e o servidor permanecer o em comunica o por meio do TCP IP utilizando uma porta espec fica definida previamente para a transmiss o dos dados 74 SERVIDOR Figura 10 Estrutura do conceito de esta o de refer ncia virtual Fonte http www gps2 euskadi net O software de gerenciamento dos levantamentos do usu rio fica instalado no dispositivo ou controladora do receptor no qual o acesso a internet ocorre via modem celular atrav s de uma interface de comunica o sem fio ex Bluetooth que tamb m faz a comunica o com o receptor 5 3 Configura es utilizadas no GPSNet O GPSNet o software utilizado nessa pes
94. dulo RTKNet poss vel gerar corre es de rede e disponibiliz las aos usu rios num fluxo continuo na forma de VRS ou na forma de corre es SAPOS FKP Assim esse m todo de posicionamento baseado em redes de esta es de refer ncia melhora consideravelmente o alcance do RTK A estrutura funcional do GPSNet pode se dividir em tr s categorias e Coleta de Dados das esta es de Refer ncia e Armazenamento e Processamento no centro de controle e Transmiss o dos dados e ou corre es aos usu rios do sistema As esta es de refer ncia est o conectadas ao centro de controle atrav s de redes como leased lines frame relay ou outro link de comunica o A interface TCP IP evita as limita es f sicas das portas seriais do servidor com o GPSNet e permite um n mero ilimitado de conex es de esta es de refer ncia Os dados das esta es de refer ncia podem ser fornecidos em m ltiplos formatos de arquivo como por exemplo RINEX RINEX Compacto HATANAKA e arquivos Trimble DAT para servi os p s processados ou servi os de Internet adicionais usando um servidor web Qualquer receptor RTK ou DGPS dependendo do servi o solicitado que produza a mensagem formato GGA padr o NMEA pode ser usado como um receptor m vel pelo usu rio O receptor RTK DGPS realiza uma chamada para o GPSNet utilizando um modem celular ou outro servi o de telefonia m vel de duas vias e transmite a sua posi o aproximada O centro de controle ace
95. e GNSMART cont m todos os componentes necess rios para monitorar e representar a condi o do sistema GPS e GLONASS Para tanto utiliza se esta es de refer ncia com espa amento de 50 km ou mais na qual fornece a cobertura completa de dados para que o usu rio determine sua posi o em tempo real com acur cia de cent metros Os softwares citados anteriormente normalmente funcionam em um centro de controle onde recebem os dados de todas as esta es de refer ncia Dessa forma fazem o ajuste simult neo e a modelagem das observ veis para permitir a determina o do erro ionosf rico do atraso troposf rico erro de rbita e a determina o das ambiguidades Usando esses par metros o software recalcula os dados GNSS e interpola para combinar com a posi o do usu rio que pode estar em qualquer local dentro da rea de abrang ncia da rede TRIMBLE 2006 Geo 2009 Durante o desenvolvimento dessa pesquisa o sistema efetivamente utilizado foi o da Trimble denominado de GPSNet raz o pela qual ser apresentado em detalhe 4 2 GPSNet As informa es contidas nessa se o foram baseadas no guia do usu rio do software Trimble GPSNet TRIMBLE 2006 64 H dois tipos de processadores dispon veis no ambiente do GPSNet para posicionamento em rede RTKNet e DGPSNet TM Ambos os processadores servem a m ltiplos usu rios VRS simult neos e prov em a esses usu rios dados de corre o as suas medidas Com o m
96. e a compara o utiliza resultados de dias e hor rios distintos Por m foi necess rio adotar uma nomenclatura para o I95 associado ao nome da estrat gia de processamento Isso foi necess rio pois as coletas de dados nas diferentes estrat gias foram realizadas em diferentes hor rios A Figura 50 apresenta um gr fico que sumariza os resultados obtidos na componente altim trica EMQ no per odo da manh e da tarde para o 1 dia da coleta de 110 todas as esta es Na mesma figura tamb m s o apresentados os valores de I95 calculados da rede GNSS SP no per odo de cada coleta Os gr ficos referentes ao segundo dia de processamento s o apresentados no Ap ndice B 2 0 5 1 8 1 6 4 E VRS 1 4 E RTK 1 2 3 mVRS_S E in g 1 0 2 mRIKS us 0 8 2 e I95 VRS 0 6 I95 RTK 195 VRS_S 0 4 1 195 RTK_S 0 2 0 0 0 ASSE 34km ADAM 60km ASSI_64km TUPA 84km PANO 93km BATA 104km Esta es a Per odo da manh para o 1 dia de processamento 3 5 8 3 0 y 25 e a mVRS 5 ERTK 2 0 mVRS_S g 4 MRTK_S us 2 l 195 VRS 3 195 RTK 1 0 2 195 VRS_S 05 195 RTK_S 1 0 0 0 ASSE 34km ADAM_60km ASSI_64km TUPA 84km PANO 93km BATA 104km Esta es b Per odo da tarde para o 1 dia de processamento Figura 50 EMQ obtido na componente altim trica e os valores de I95 da rede para os hor rios de coleta de cada estrat gia 111 An
97. e e o nico termo restante a definir s o as coordenadas da posi o da VRS que normalmente fica muito pr xima da posi o do usu rio Usualmente a posi o dada pelo pr prio receptor do usu rio utilizando a posi o aproximada baseada no posicionamento por ponto com c digo Dessa forma tanto para as observ veis de fase como para as pseudodist ncias pode se usar o princ pio da equa o 2 7 e assim deslocar todas as observa es da esta o base para a posi o da VRS No entanto as equa es 2 3 2 4 e 2 5 s o idealizados sem considerar os erros tais como erros das rbitas dos sat lites refra o ionosf rica e atraso troposf rico Logo para uma esta o A estes erros podem ser representados matematicamente pelo termo coletivo dado por HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 34 AS Xa ta AOTDE Xa ta A X ta ATP Xy ta 2 8 Analogamente a quantidade da observ vel desejada para a VRS pode ser obtida a partir do modelo matem tico dado por HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 DEXy ty DXA ta 5 07 Xv tv P O ta A Ov ty Aa ta 29 Consequentemente para estimar o erro A Xy ty para a VRS necess rio ter solucionadas todas as linhas de base da rede sendo que requerido a determina o correta das ambiguidades para as linhas de base um fator que facilita esta determina o que as coordenadas das esta es s o conhecidas Uma das formas de
98. e mais se sobressa ram pois as diferen as em rela o s estrat gias VRS e VRS_S foram bastante significativas Continuando a analise na Figura 31 a e b n o foi poss vel perceber diferen a significativa nos resultados ao comparar estrat gias com e sem a observ vel L2C Na Figura 32 s o apresentados os resultados obtidos na esta o ASSI para o segundo dia de coleta 1 80 1 80 1 60 1 60 1 40 1 40 1 20 1 20 E E 1 00 g 1 00 a rr 0 80 0 80 0 60 0 60 Ao HErro N 0 40 BErro N f i Erro E E Erro E 0 20 H Erro h 0 20 E Erro h 0 00 0 00 VRS RTK VRS S RTK S VRS RTK VRS_S RTK_S Estrat gias de posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 7h31min e 8h28min b Per odo da tarde entre 14h50min e 16h50min Figura 32 EMQ obtido na esta o ASSI no dia 14 01 2010 no per odo da manh e da tarde Nota se na Figura 32 a que os valores s o muito semelhantes n o sendo poss vel afirmar qual a melhor estrat gia Com rela o aos resultados obtidos ambos foram satisfat rios comparados com os valores da Tabela 02 pois o erro m ximo ficou em torno de 8 cm para a componente altim trica A outra an lise realizada no per odo da tarde ilustrada na Figura 32 b demonstra que as estrat gias RTK e RTK S apresentaram melhor desempenho sendo que o RTK S obteve os menores valores para o EMQ J na estrat gia VRS S os resultados foram os piores obtidos
99. e posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 7h03min e 8h10min b Per odo da tarde entre 12h48min e 14h50min Figura 38 EMQ obtido na esta o TUPA no dia 19 11 2009 no per odo da manh e da tarde Nas Figuras 37 a e b pode se verificar a acur cia obtida nas diferentes estrat gias de posicionamento para o per odo da manh e da tarde Observa se que os resultados obtidos no per odo da manh foram semelhantes Entretanto comparando os resultados obtidos no per odo da tarde verifica se que a estrat gia VRS S apresentou resultados piores principalmente na componente altim trica onde a magnitude do n vel de acur cia indicado pelo EMQ foi 2 92 m Valor destoante do esperado para o posicionamento em tempo real Outro fato ocorrido durante a coleta da VRS S evidenciou a dificuldade do posicionamento dos dados envolvidos nessa estrat gia Na segunda tentativa de inicializa o das ambiguidades n o foi obtida a solu o fixa ap s um intervalo de 30min de espera o que inviabilizou a segunda etapa de coleta Pode se notar na Figura 38 a que de uma forma geral a acur cia pior na componente altim trica Nessa componente a estrat gia que obteve melhor resultado foi a VRS_S com EMQ de 3 7 cm e o pior foi a VRS com EMQ de 11 cm J analisando os resultados obtidos pelas estrat gias RTK e RTK S percebe se que s o bastante similares e n o poss vel afirmar qual a melhor estrat g
100. e uma esta o de refer ncia pr xima sem a exist ncia f sica da mesma Portanto esse conceito ser apresentado com mais detalhes na pr xima se o 30 2 3 1 Esta o de refer ncia virtual VRS A id ia b sica de uma VRS gerar dados simulando uma esta o de refer ncia pr xima ao receptor do usu rio fornecendo desempenho semelhante a uma linha de base curta Assim n o existe a necessidade de ter fisicamente um receptor em um ponto conhecido pr ximo ao usu rio VOLLA TH et al 2000 WANNINGER 2002 Para aplicar o conceito de VRS as esta es de refer ncia da rede devem rastrear continuamente os dados GNSS e os reunir em um computador no centro de controle via uma rede de comunica o Esse computador central de posse dos dados das esta es de refer ncia juntamente com softwares espec ficos modela os erros espaciais que limitam a acur cia no posicionamento GNSS e gera corre es apropriadas ou dados da VRS para serem utilizados pelos usu rios ZHANG e ROBERTS 2003 Cabe ressaltar que quanto mais pr ximo a esta o de refer ncia estiver do usu rio espera se que os resultados sejam de melhor qualidade Dessa forma o centro de controle utiliza a posi o aproximada do usu rio para gerar a VRS nesta posi o sendo que a posi o pode ser obtida por posicionamento absoluto PP Normalmente a posi o aproximada do usu rio enviada ao centro de controle utilizando o padr o NMEA National Marine Ele
101. easurement Record Format 1997 Trimble User Conference San Jose p 322 337 Proceedings of 1997 TELECO Inteligencia em Telecomunica es Dispon vel em lt http www teleco com br glossario asp termo WCDMA amp Submit OK gt Acesso em 03 Jul 2009 129 TRIMBLE Trimble R8 Series GPS Receivers Outubro de 2004 Trimble GPSNet software and VRS software User Guide 2006 Trimble GPS guidance and precision agriculture solutions for all seasons all crops all terrains all vehicles Portfolio 2010 Dispon vel em lt http trl trimble com docushare dsweb Get Document 376567 022503 078C UK_Ag Portfolio BRO 0108 Ir pdf gt Acesso em 01 Mai 2010 UNSW University of New South Wales Sydney Australia Dispon vel em lt http www gmat unsw edu au currentstudents ug projects White Print html gt Acesso em 08 Jul 2009 VOLLATH U BUECHERL A LANDAU H PAGELS C WAGNER B Multi base RTK positioning using virtual reference station ION GPS 2000 Proceedings p 123 131 2000 WANNINGER L The performance of virtual reference stations in active geodetic GPS networks under solar maximum conditions ION GPS Nashville Tennessee p 1419 1427 Proceedings 1999 Virtual reference stations for centimeter level kinematic positioning ION GPS Portland Oregon p 1400 1407 Sept 2002 Ionospheric disturbance indices for RTK and network RTK positioning ION GPS Long Beach California
102. eceptores sendo eles 2 Leica GRX1200 e 9 Trimble utilizando os modelos NetR8 6 NetRS 3 e NetR5 1 conforme apresenta o Quadro 12 Quadro 12 Lista de receptores que comp em as esta es de refer ncia da rede GNSS SP Esta o Reco pint Modelo Fabricante PPTE NetR8 Trimble ILHA GRX1200 Leica ROSA NetR5 Trimble SJRP NetRS Trimble OURI NetRS Trimble ARAC NetR8 Trimble LINS GRX1200 Leica NEIA NetR8 Trimble SPCA NetR8 Trimble UBAT NetR8 Trimble PRMA NetRS Trimble 13 Para disponibilizar o RTK em rede deve se utilizar um servidor computador central onde s o reunidos os dados de observa es das esta es de refer ncia e s o calculadas as corre es da rede e ou os dados da VRS para a regi o de abrang ncia da mesma Para isso o servidor central montado no Laborat rio de Geod sia Espacial LGE acessa os dados das esta es em tempo real via Internet utilizando um software de processamento espec fico de rede por exemplo GPSNet Spyder ou GNSMART No que concerne ao RTK em rede o m dulo de processamento em rede foi disponibilizado temporariamente no LGE pela empresa Trimble Trata se do software comercial GPSNet vers o 2 73 No GPSNet o m dulo de processamento em rede denominado de RTKNet Processor respons vel por criar os modelos de ionosfera e troposfera para toda a rede Usando esses par metros o GPSNet faz o deslocamento geom trico dos da
103. el do vetor da linha de base em tempo real ou quase em tempo real No que se refere transmiss o dos dados para o posicionamento RTK em 1994 foi definido um novo tipo de mensagem pelo RTCM SC 104 Radio Technical Commission for Maritime Services Special Committe 104 na vers o 2 1 Nesta vers o o RTCM cont m as mensagens 18 e 19 com os dados brutos de fase da onda portadora e pseudodist ncia Alternativamente tem se as mensagens 20 e 21 destinadas serem usadas com as corre es das medi es feitas na esta o de refer ncia SEEBER 2003 Atualmente tem se dispon veis as mensagens RTCM nas vers es 2 3 3 0 e 3 1 sendo que a vers o 3 1 foi publicada somente em Outubro de 2006 A vers o 2 3 possibilita a transmiss o de dados e ou corre es GNSS entre uma esta o base e uma esta o m vel qualquer Os dados transmitidos em tempo real permitem a realiza o de t cnicas de posicionamento como o DGPS e o RTK RTCM 2001 A vers o 3 0 disponibilizada em setembro de 2003 foi projetada especificamente para levar em conta as modifica es no GPS e GLONASS por exemplo novos sinais L5 e L2C e se adequar aos novos sistemas GNSS que est o em desenvolvimento por exemplo Galileo Esta vers o mais eficiente que a 2 3 e suporta o transporte de um n mero maior de informa es possibilitando a realiza o do RTK em rede RTCM 2004 J a vers o 3 1 a mais atual e incorpora corre es de rede GPS as quais permitem um
104. elacionada ao n vel de confian a que se pode ter da informa o dada por um sistema de navega o Inclui se a habilidade do sistema de navega o de fornecer avisos na hora certa e v lidos para o usu rio quando o sistema n o deve ser utilizado para fins operacionais ou per odos de v o Mais especificamente um sistema de navega o solicitado a enviar um aviso um alarme de um mau funcionamento 37 devido ao limite de alerta fixado ter sido excedido para os usu rios num dado per odo de tempo tempo para o alarme CAA 2004 Na integridade comparecem v rios par metros de uso rotineiro na avia o civil denominados de tempo especificado para o alarme TTA Time To Alarm alert e o limite de alerta AL Alarm Limit o qual reflete o erro m ximo toler vel do sistema Para descrever a integridade e o risco de integridade usa se o n vel de prote o PL Protection Levels pois o erro instant neo verdadeiro desconhecido sendo denotado erro de posi o PE Position Error J o AL como definido antes especifica o PE m ximo admiss vel antes que o alarme seja acionado O PL a estimativa do erro do sistema de navega o que faz liga o ao PE A integridade garantida enquanto PL gt PE Se PL gt AL a integridade perdida um alarme disparado e ao mesmo tempo a continuidade e a disponibilidade tamb m s o perdidas HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 O conceito de PL divi
105. ento a partir do m dulo de monitoramento das coordenadas durante 8 dias foram utilizados como coordenada de refer ncia para a esta o ARAC Figura 12 O mesmo procedimento tamb m foi realizado para a esta o SPCA 76 3D Offset 3D Offset 3 Sigma 0 02 E 00 00 08 00 16 00 00 00 8 10 2009 8 10 2009 8 10 2009 9 10 2009 Figura 12 Gr fico mostrando os erros na esta o ARAC e o instante quando foram assumidas as coordenadas determinadas pelo GPSNet Tamb m foram carregados no GPSNet os m dulos para a gera o e disponibiliza o em tempo real dos dados de cada esta o da rede RTCM Single Station e dos dados da rede por meio de uma VRS RTCM VRS Generator Para cada um dos m dulos adicionados em cada esta o foi selecionado uma porta espec fica para disponibilizar os dados Para o usu rio receber os dados da esta o base necess rio conectar se ao servidor utilizando seu IP e a porta espec fica a qual foi destinada aos dados da esta o Dessa forma foram abertas v rias portas no servidor uma para cada esta o de refer ncia No caso dos dados da VRS utilizou se a porta 2101 muito empregada para dados GNSS A configura o adotada no gerador RTCM para disponibilizar os dados da VRS foram as seguintes Y Estilo de medi o RTK tipos de dados VRS padr o de mensagem RTCM 3 1 Figura 13 a v Utilizou se a mensagem 1004 para observ veis 1005 para descri o
106. esentados os tempos de inicializa o computados na esta o PANO distante 93 39 km da esta o base PPTE O processamento da rede necess rio para gerar os dados da VRS utilizada no posicionamento foi realizado sem as esta es de refer ncia NEIA SPCA e UBAT desabilitadas no GPSNet Tabela A 6 Tempo transcorrido para cada inicializa o feita na esta o BATA Esta o Deta Per odo Estrat gia Tempo de inicializa o Hor rio de in cio VRS 6min 50s 5min 53s 10h11min Manh VRS_S 25min 8s 3min 13s 10h33min RTK 6s 2min 3s 9h45min RTK_S 3min 9s Imin Is 9h58min BATA 11 01 10 VRS 9min 35s 10min 21s 15h34min Tarde VRS_S 4min 38s SD 16h37min RTK 12s Imin 10s 16h8min RTK_S Imin 43s 6min 22s 16h20min VRS 8h8min P i oh smin RTK 16s 7h50min tao ad 9h24min VRS 6min 50s 37s 13h3min Tarde VRS_S 20min 30s 17s 13h24min RTK NF 23min 51s 13h54min RTK_S 8min 20s 12min 50s 14h51min Sem dados de rede N o fixou a ambiguidade ap s 25 minutos de espera 136 AP NDICE B Acur cia versus dist ncia e 195 Neste ap ndice s o apresentados os valores de acur cia obtidos para todos os experimentos considerando a componente altim trica Cabe ressaltar que os valores de 195 adotam a nomenclatura referente ao nome da estrat gia foram utilizados diferentes hor rios para as diversas estrat gias de processamento Nas Figuras B l e B 2 s o apresent
107. esquisa Neste cap tulo tamb m foram apresentados os par metros de qualidade associados ao conceito de integridade comumente utilizado na avia o civil O cap tulo 3 descreve os padr es para transmiss o e recep o de dados incluindo os formatos RTCM nas vers es 2 3 e 3 1 e informa es sobre formatos tipo propriet rio desenvolvidos por fabricantes de equipamento Nesse contexto tamb m s o apresentados os meios que o usu rio pode utilizar para a transmiss o e recep o das informa es necess rias ao posicionamento RTK O Software da fabricante de equipamentos Trimble foi utilizado para o gerenciamento e posicionamento em rede 23 No cap tulo 4 por sua vez ser apresentado alguns dos softwares dispon veis para dar suporte ao RTK em rede com mais detalhes no software GPSNet pois a sua descri o ser de grande aplica o neste projeto pois o software adotado para disponibilizar o RTK em rede na rede GNSS SP No cap tulo 5 ser apresentada a metodologia que ser utilizada para o desenvolvimento desse projeto Com a finalidade de analisar os resultados do posicionamento utilizando o conceito de rede na rea de abrang ncia da rede GNSS SP o cap tulo 6 apresenta alguns experimentos realizados nessa rede Os experimentos foram realizados com o RTK utilizando como enlace de comunica o a tecnologia GPRS dispon veis na rede de telefonia m vel Finalmente no cap tulo 7 tem se as considera es finais conclus
108. fidencial Outra informa o que tamb m foi solicitada junto s operadoras foi o mapa que informa a rea de cobertura da rede telefonia celular dentro da rede GNSS SP Essa informa o tamb m foi negada pelas operadoras As operadoras s informaram que o planejamento para a coloca o das antenas inclui apenas a cobertura das reas urbanas e n o h preocupa o com as reas rurais Logo para os dados de disponibilidade ser o apresentadas as informa es disponibilizadas pelos relat rios obtidos do software GPSNet que ilustra o desempenho durante o processamento da rede e a disponibilidade ao usu rio Cabe salientar que n o se trata apenas de um desempenho oriundo do software mas do conjunto que comp e a rede que engloba informa es referentes a aos receptores o enlace de comunica o e o processamento O processamento da rede realizado pelo software GPSNet avalia o desempenho de cada esta o de refer ncia ao longo do dia Esta informa o disponibilizada na forma de uma figura que mostra a quantidade de sat lites para tr s condi es yY Tracked n mero de sat lites rastreados VY Processed n mero de sat lites utilizados no processamento vY Solved n mero de sat lites cujas corre es foram calculadas A Figura 52 apresenta o resumo do processamento realizado no dia 19 11 2009 para a esta o PPTE Tracked Processed Solved D 1 i L 23 59 05 59 11 59 17 59 23 59
109. fio Dessa forma nas se es seguintes ser o apresentados mais detalhes sobre os meios links mais comuns utilizados para a transmiss o de dados RTK RTK em rede 55 3 4 1 Transmiss o via r dio Para a utiliza o de r dios transmissores segundo recomenda o da RTCM SC 104 deve se operar com taxa de transmiss o de pelo menos 2 400 bits por segundo RTCM 2001 Em tese qualquer faixa do espectro eletromagn tico poderia ser utilizado para realizar o enlace No entanto deve se utilizar a faixa do espectro eletromagn tico conhecida por radiofrequ ncia No Brasil h um documento denominado Tabela de Atribui o Destina o Distribui o e Regulamenta o de Faixas de Frequ ncias no Brasil publicado pela Ag ncia Nacional de Telecomunica es ANATEL que regulamenta a distribui o das faixas e define a utiliza o da faixa de frequ ncia contida no VHF ou UHF para esta finalidade SAATKAMP 2003 Outro ponto a ser considerado que para obter a acur cia RTK deve se utilizar frequ ncias na faixa de VHF ou UHF para transmiss o e recep o como pode ser observado no Quadro 07 Al m disso VHF ou UHF caracterizam se pelo baixo custo baixa pot ncia e taxa de transfer ncia elevada FREIBERGUER JUNIOR 2002 Quadro 07 Faixas de frequ ncia versus precis o A PRECIS O ALMEJADA Do MANC 100m 10 10 3 m 3 Im lt 10 cm iii BANDA L INMARSAT BANDA L 1200 bps ii INMARSAT lt
110. ia Analisando a Figura 38 b percebe se que n o h resultados para a estrat gia VRS S Isto ocorreu em virtude da instabilidade ocasionada pela falta de conex o das esta es de refer ncia OURI e ROSA com o servidor no instante dessa coleta Al m disso verifica se que a estrat gia RTK obteve o melhor resultado Os valores nas 101 componentes N E e h s o 1 9 cm 1 3 cm e 6 6 cm respectivamente No entanto para o RTK S os valores de acur cia indicados pelo EMQ nas componentes N E e h s o respectivamente 28 cm 36 cm e 63 cm Observando o 195 na Figura 36 poss vel identificar que ap s as 13 horas a ionosfera se tornou muito mais perturbada e este per odo coincide com a coleta da estrat gia RTK Essa an lise traz evid ncias dos motivos pelos quais estes resultados foram piores Analisando ainda a Figura 38 b verifica se que a acur cia obtida na estrat gia VRS foi pior que no RTK e a maior discrep ncia est na componente altim trica 6 2 5 Esta o PANO Na zona rural pr xima a cidade de Panorama encontra se a esta o PANO distante aproximadamente 93 39 km da esta o de refer ncia PPTE como pode ser observado na Figura 39 A escolha dessa esta o baseada na necessidade de avaliar uma linha de base longa Dentre as esta es coletadas na rea de abrang ncia da rede GNSS SP esta pode ser considerada a situa o mais desfavor vel ILHA A pd 138km s Pao F a
111. icionamento chegue ao n vel centim trico no RTK SEEBER 2003 No entanto no posicionamento RTK os erros envolvidos no processo ionosfera e troposfera s o proporcionais ao comprimento da linha de base o que restringe a dist ncia entre a esta o de refer ncia e o usu rio a poucos quil metros dependendo das condi es atmosf ricas principalmente da ionosfera Para superar este problema foi desenvolvido o conceito de rede de esta es de refer ncia RTK em rede LANDAU VOLLATH e CHEN 2002 ALVES AHN e LACHAPELLE 2003 RIZOS 2002 FORTES 2002 2 3 RTK em rede A utiliza o do RTK em rede j uma realidade em muitos pa ses e est associada ao aumento da demanda por informa es espaciais de alta qualidade e em tempo real O conceito de RTK em rede foi desenvolvido para melhorar a disponibilidade acur cia e confiabilidade no posicionamento e na navega o ALVES AHN e LACHAPELLE 2003 Existem diversas vantagens em utilizar uma rede de esta es ao inv s de uma nica esta o de refer ncia para o posicionamento Uma delas o fato que se uma ou mais esta es falharem ainda ser poss vel fazer o posicionamento RTK dependendo do n mero de esta es da rede com as esta es remanescentes mesmo que sua acur cia seja reduzida ALVES 2008 Tamb m pode se dizer que devido redund ncia de esta es utilizadas para prover as corre es ao usu rio poss vel verificar a qualidade das corre es
112. ios s o descritos na Se o 5 3 Nas se es 5 4 e 5 5 s o descritos as estrat gias utilizadas durante as coletas e os locais escolhidos 5 2 Rede GNSS utilizada e software Para alcan ar os objetivos expostos na Se o 1 2 utilizou se dados das esta es de refer ncia da rede GNSS SP implantada no estado de S o Paulo Por m deve se salientar que a esta o PRMA pertence RBMC foi adicionada a rede GNSS SP para dar uma melhor configura o a geometria das esta es A Figura 09 ilustra a distribui o das esta es 72 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 LEGENDA A Esta es de refer ncia ativas 700 Km A Esta es de refer ncia ativas em fase de homologa o 2010 Mar 05 14 44 27 GEGE Grupo de Estudos em Geodesia Espacial FCT UNESP Presidente Prudente SP Figura 09 Rede GNSS do oeste do estado de S o Paulo Cabe salientar que tr s das esta es pertencentes rede GNSS SP apresentadas na Figura 09 n o foram inclu das no processamento em rede Isso ocorreu devido ao comprimento das linhas de base em rela o s esta es mais pr ximas proporcionando uma configura o n o adequada ao processamento de dados de rede necess rio para gerar os dados da VRS utilizada no posicionamento Tratam se das esta es NEIA SPCA e UBAT desabilitadas no GPSNet A rede GNSS SP composta de diferentes r
113. ita a posi o e responde enviando para o usu rio os dados ou corre es da esta o de refer ncia mais pr xima no formato RTCM ou CMR No caso do posicionamento em rede antes que o m dulo Gerador de RTCM transmita os dados VRS ou corre es no padr o especificado RTCM CMR os dados da esta o mais pr xima base s o corrigidos para as proximidades do usu rio com base nas informa es obtidas da rede Sendo que para o usu rio a esta o de refer ncia VRS est localizada na posi o transmitida pela mensagem GGA feita no in cio da conex o 11 f PERSI X x o FKP o acr nimo de Fltichenkorrekturparameter que significa par metros de corre o de rea 65 4 2 1 Conex o das esta es de refer ncia com o GPSNet O centro de controle pode utilizar diferentes tipos de dispositivos e protocolos para transferir os dados das esta es remotas at o GPSNet Em alguns casos o dado poder vir diretamente do receptor ou atrav s do software GPSBase Linhas anal gicas ou digitais podem ser usadas No entanto este m todo requer um modem na esta o de refer ncia e outro no centro de controle Se for necess rio conectar v rias esta es deve se utilizar um roteador Outra solu o a Wide Area Network WAN tal como uma Frame Relay Embora essas n o sejam sempre dispon veis em redes telef nicas o Frame Relay pode ser o melhor m todo de transfer ncia especialmente para dist ncias mais longas Nest
114. ites dispon veis durante a coleta torne se maior proporcionando resultados melhores E no futuro quando o Galileo e o Compass Beidou 2 18 estiverem completamente em opera o a integra o entre os sistemas possivelmente possibilitar o desenvolvimento de m todos de posicionamento mais acurados que os atuais Neste sentido v rios m todos foram desenvolvidos ao longo dos ltimos anos para explorar a capacidade que o GNSS tem de prover coordenadas acuradas com um pequeno intervalo de tempo de coleta de dados ou at mesmo quando o receptor est se movendo ao longo de uma trajet ria MONICO 2000 SEEBER 2003 Os m todos de posicionamento destacados na literatura normalmente s o classificados em tr s grupos o posicionamento absoluto ou por ponto o posicionamento relativo e o posicionamento Differential GPS DGPS GPS Diferencial Esses m todos podem estar nas modalidades est tico ou cinem tico e com processamento em tempo real ou p s processado MONICO 2008 HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 No caso do posicionamento relativo em tempo real o Real Time Kinematic RTK tem grande destaque Esse m todo pode alcan ar acur cia centim trica sem a necessidade de um processamento posterior dos dados DAI et al 2003 No entanto o uso do RTK possui uma limita o com o aumento do comprimento da linha de base os resultados s o degradados pois os erros de ionosfera troposfera e rbita dos sat lites o
115. lidade Envolve efeitos sistem ticos tend ncia e aleat rios dispers o Gemael 1994 tamb m relaciona 36 acur cia aos efeitos aleat rios e sistem ticos e compara com a precis o onde s o vinculados somente os efeitos aleat rios dispers o das observa es Com rela o acur cia de um sistema de navega o esta normalmente apresentada como uma medida estat stica do erro do sistema em conjunto com um n vel de confian a por exemplo 95 refletindo a probabilidade do valor dado HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 2 5 2 Continuidade Continuidade a capacidade do sistema de executar uma fun o sem interrup es n o programadas durante uma opera o almejada Mais especificamente continuidade a probabilidade de um sistema espec fico manter se funcionando durante a fase de opera o supondo estar funcionando no in cio das opera es HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 No entanto a continuidade n o ser avaliada nesta pesquisa 2 5 3 Disponibilidade A disponibilidade para um sistema de navega o a medida de porcentagem de tempo durante o qual o sistema funciona dentro da sua rea de cobertura sob condi es espec ficas A disponibilidade uma indica o da capacidade do sistema em fornecer um servi o utiliz vel dentro de uma rea de cobertura espec fica HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 2 5 4 Integridade A integridade est r
116. lv las para que possam ser utilizadas posteriormente no caso de alguma pane ou falha no sistema Estas configura es poder o ser carregadas novamente quando o GPSNet for carregado ou tiver de ser desligado por algum motivo GPSNet to e E E E m dulo b sico Almanac M administrador de dados de almanaque Ephemeris PR administrador de dados de efem rides RTCM Multi Station gerador RTCM de esta es de refer ncia pr ximas RTCM Manager K gerente de multiplos geradores RTCM RTCM Multi Station1 RTCM Multi Station Receivers e controle de comunica o Receiver 1 WW controla as esta es de refer ncia RINEX Storage j tt cria arquivos RINEX Compact RINEX cria arquivos RINEX compacto Compress t ferramenta de compress o Analysis Modules jq m dulo especial de an lise RTCM Manager RTCM Single Station q ge
117. m dist ncia aproximada de 34 quil metros J a esta o de Bataguassu foi selecionada por estar fora da rea de cobertura da rede e por fazer parte do SGB Para uma melhor visualiza o dessas informa es a Figura 14 mostra as esta es da rede com as dist ncias entre elas e as esta es utilizadas nos experimentos ES o OR PRMA A Esta es de refer ncia ativas 60km 4 Je E ui a Esta es utilizadas nos experimentos Figura 14 Esta es utilizadas nos experimentos Ap s realizar a defini o das localidades de coletas de dados e a configura o do software GPSNet os procedimentos de coleta foram iniciados Dessa forma foram visitadas todas estas seis localidades nos dias apresentados no Quadro 14 S A esta o ASSE n o faz parte do SGB Suas coordenadas consideradas verdadeiras foram determinadas com base no posicionamento relativo utilizando um receptor de dupla frequ ncia O per odo de dados processados foi superior a duas horas Para o ajustamento dessa esta o na rede utilizou se tr s esta es base pertencentes a rede GNSS SP Quadro 14 Dias das coletas esta es base e as dist ncias Esta o Coletada Data Esta o Base Dist ncia ASSE 19 e 20 02 2010 PPTE 34 84 km ADAM 20 e 21 11 2009 PPTE 60 77 km ASSI 13 e 14 01 2010 OURI 64 97 km TUPA 18 e 19 11 2009 ARAC 84 13 km PANO 02 e 03 12 2009 PPTE 93 39 km BATA 11 e 12 01 2010 ROSA
118. m intervalo de tempo ou mesmo a uma m dia ao longo do tempo CAA 2004 Esses indicadores de qualidade n o s o independentes Eles est o relacionados uns aos outros e essa depend ncia pode se representada por uma pir mide onde a acur cia a base A integridade garante a confiabilidade caso em que a acur cia tem que atender ao requisito J a continuidade a disponibilidade sobre um intervalo de tempo requer que todos os requisitos apresentados tenham sido atendidos em qualquer instante Dessa forma a Figura 03 apresenta a pir mide que ilustra a rela o entre os indicadores de qualidade As setas indicam a rela o entre os indicadores Disponibilidade Continuidade Integridade Acur cia Figura 03 Rela o entre os indicadores de qualidade Fonte Adaptado e traduzido de Hofmann Wellenhof Lichtenegger e Wasle 2008 Conforme j mencionado anteriormente o posicionamento Geod sico a partir do RTK em rede permite introduzir o conceito de integridade e disponibilidade os quais s o de uso rotineiro na avia o civil 2 5 1 Acur cia Acur cia uma medida estat stica que fornece o grau de conforma o entre a estimativa ou par metro medido de um objeto num dado instante e o par metro tomado como refer ncia HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 Segundo Monico 2008 a acur cia o grau de concord ncia entre o valor medido de uma grandeza e o considerado verdadeiro ou de melhor qua
119. ma de WADGPS fazem parte pelo menos uma esta o monitora esta es de refer ncia e sistema de comunica o As medidas coletadas em cada esta o de refer ncia s o enviadas para a esta o monitora a qual estima e analisa as componentes do vetor de corre es e as transmitem para os usu rios via um sistema de comunica o apropriado como por exemplo sat lites de comunica o geoestacion rios internet e redes FM MONICO 2008 Nas aplica es dos tr s m todos descritos anteriormente o objeto a ser posicionado pode estar em repouso ou em movimento o que gera uma classifica o complementar na qual se denomina posicionamento est tico e posicionamento cinem tico respectivamente Cabe ainda a distin o com rela o ao processamento o qual pode ser em tempo real a estimativa da posi o ocorre praticamente no mesmo instante da coleta das observa es e p s processado a estimativa da posi o posterior coleta dos dados O posicionamento relativo cinem tico em tempo real que na l ngua inglesa denominado de RTK Real Time Kinematic um dos m todos de posicionamento mais aproveitados do momento pois uma variedade de aplica es tem grande benef cio se as coordenadas s o obtidas no instante de coleta e apresenta grande acur cia Por m esta modalidade de levantamento apresenta limita es sendo estudadas e apresentadas solu es como o RTK em rede o qual permite introduzir o conceito de integrid
120. menores que os obtidos na acur cia o sistema informaria equivocadamente a disponibilidade quando n o deveria Um exemplo desse engano ocorre no ponto obtido utilizando a estrat gia RTK 9h30m da manh Nesse caso o valor para VPL foi 7 cm e a acur cia obtida foi de 11cm valor esse que tamb m est acima do limite de alarme por m n o seria acionado o alarme pois o VPL n o ultrapassou o limite para o alarme AL Nota se que os resultados obtidos no posicionamento RTK e RTK em rede normalmente s o piores para a componente vertical Mas os modelos adotados s o mais conservadores para essa componente em virtude das necessidades da avia o civil Cabe acrescentar que os modelos desenvolvidos para calcular a integridade nas aplica es da avia o civil s o baseados no posicionamento por c digo pois a qualidade exigida da ordem de 6m na horizontal e 2m na vertical para um CAT MI CAA 2004 J no posicionamento RTK a acur cia exigida muito melhor de ordem centim trica Outro fato que deve ser observado que quando o vetor das ambiguidades fixado a precis o muito otimista para o posicionamento No entanto as vezes esses valores n o est o corretos devido a solu o incorreta das ambiguidades mas a precis o permanece muito boa por m n o acurada Na Figura 55 encontra se os resultados para a esta o PANO que possui a situa o menos favor vel se comparada as demais esta es coletadas 119 1 2
121. ng ncia da rede Figura 14 Esses pontos t m suas coordenadas conhecidas no Sirgas 2000 o que possibilitar compar las com as coordenadas obtidas nos experimentos e assim analisar a acur cia do sistema posicionamento Foram selecionadas como pontos de coleta de dados as seguintes esta es pertencentes ao Sistema Geod sico Brasileiro SGB ADAM Adamantina TUPA Tup PANO Panorama e ASSI Assis Essas esta es geod sicas foram selecionadas baseadas em crit rios como localiza o dentro da rea de cobertura da rede GNSS SP distribui o homogenia dentro da rede localizadas a diferentes dist ncias da esta o base e dispor de boas condi es de coleta acesso e aus ncia de obstru es Importante frisar que essas esta es possuem um dispositivo que possibilita centrar o receptor de forma for ada evitando erros grosseiros na instala o do equipamento 14 Tamb m foram feitas tentativas de coleta no per odo noturno na esta o TUPA entre 21horas e 23 horas No entanto sem sucesso pois n o foi obtida solu o para as ambiguidades Dessa forma n o ser o apresentados resultados para o per odo noturno 80 Al m dessas esta es ainda foi selecionada a esta o ASSE localizada no assentamento S o Jorge distante 42 km de Presidente Prudente e a esta o BATA localizada em Bataguassu MS A esta o ASSE foi selecionada devido necessidade de ter uma esta o mais pr xima da esta o base co
122. nh entre 8h25min e 9h35min b Per odo da tarde entre 13h13min e 16h10min Figura 43 EMQ obtido na esta o PANO no dia 02 12 2009 no per odo da manh e da tarde Analisando a Figura 43 a poss vel dizer que todas as estrat gias obtiveram valores melhores que 3 cm para a componente altim trica Para a componente N os valores foram menores que 1 5cm e na componente E valores menores que 1 8 cm A partir da Figura 43 b percebe se que a estrat gia RTK obteve resultados melhores que 2 cm nas componentes N e E e 6 cm para a componente altim trica J a estrat gia VRS apresentou o pior resultado uma vez que o EMQ na componente altim trica obtido foi de 2 27 m e nas componentes N e E o valor ficou pr ximo de Im Os resultados obtidos durante o segundo dia de experimentos na esta o PANO s o apresentados na Figura 44 105 0 80 0 80 0 70 0 70 0 60 0 60 0 0 50 E 0 50 o B 040 5 040 lu 0 30 0 30 0 20 0 20 WErro N 0 10 WErro E 0 10 m Erro N E Erro h d Erro E E Erro h 0 00 0 00 VRS RTK VRS_S RTK_S VRS RTK VRS_S RTK_S Estrat gias de posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 8h40min e 9h51min b Per odo da tarde entre 14h10min e 16h30min Figura 44 EMQ obtido na esta o PANO no dia 03 12 2009 no per odo da manh e da tarde Pode se observar na Figura 44 a que a acur cia da ordem de 10 cm para as estrat gias VRS e RT
123. ntena Os diferentes tipos de mensagem de cada grupo cont m no seu conte do informa es semelhantes No entanto as mais curtas cont m o m nimo necess rio para fornecer o servi o J os outros tipos de mensagem cont m informa es adicionais para aumentar o desempenho de um determinado servi o Por exemplo a mensagem tipo 1001 cont m a vers o mais curta de uma mensagem de observa es GPS nomeada de observ vel L1 Essa mensagem dever ser adotada quando se tem um ink de comunica o limitado com rela o capacidade de transmiss o de dados J a mensagem tipo 1002 cont m todas as informa es que a mensagem tipo 1001 cont m por m com informa es adicionais que podem acrescentar melhorias em determinadas aplica es 49 Quadro 03 Grupos de mensagens RTK Ti Nome do grupo Nome do sub grupo ea mensagem 1001 GPS L1 1002 GPS L1 L2 1092 A 1004 Observa es 1009 GLONASS L1 1010 1011 GLONASS L1 L2 1012 z 1005 Coordenadas da esta o 1006 a 1007 Descri o da antena 1008 Dados auxiliares das esta es da rede 1014 Diferen as de corre es ionosf ricas 1015 Corre es RTK em rede Diferen as de corre es geom tricas 1016 Diferen as das corre es ionosf ricas e geom tricas 1017 combinadas Par metros do sistema 1013 di om an 1019 Inf auxiliares Dados de efem rides dos sat lites 1020 String de texto 1029 A
124. o Estrat gia Tempo de inicializa o Hor rio de in cio DE E VRS 2min 53s 8s Ohl 2min Manh VRS S 3min40s 11min 6s 9h46min RTK 2min 45s 2min 23s 10h24min RIKS Imin 25s 20s 10h38min ASSI 13 01 10 VRS Imin 10s 7min 20s 14h8min Tarde VRS_S 12min 53s 4min 50s 14h37min RTK 2min37s 6min 40s 13h15min RTK S 9min40s 6minlls 13h39min VRS 5min 40s 8s 7h24min Manh VESES 14s 19s 7h45min anda RTK 3min 6s 19s 7h57min RTK_S 13s 40s 8h13min ASSI 14 01 10 VRS 32s 19min 15s 14h50min a VRS_S 8min2s NF 15h28min a RTK 2min57s Imin7s 16h25min RTK_S Imin 31s 10s 16h40min N o fixou as ambiguidades ap s 25 minutos de espera 133 Na Tabela A 4 s o apresentados os tempos de inicializa o computados na esta o TUPA distante 84 13 km da esta o base ARAC O processamento da rede necess rio para disponibilizar os dados da VRS utilizada no posicionamento foi realizado utilizando tamb m as esta es de refer ncia NEIA SPCA e UBAT Tabela A 4 Tempo transcorrido para cada inicializa o feita na esta o TUPA Esta o ESSES Estrat gia Hor rio de in cio VRS Imin7s 6min 37s 7h26min Manh EE 43s 2min 3s 8h43min RTK 42s 23s 8h57min RTK_S 10s 2min 36s 8himin TUPA 18 11 09 VRS 2min 27s Imin 2s 13h0min EE VRS S 9min 51s N F 13h43min RTK 2min 10s 7min Os 13h13min RTK_S 6min 35s 9min
125. o as mensagens RTCM s o codificadas no formato bin rio viabilizam a transmiss o via link de comunica o entre a esta o base e o usu rio As vers es 2 3 e 3 0 como s o mais antigas j est o dispon veis na maioria dos equipamentos receptores e softwares e permitem a pr tica de diversas aplica es GNSS mas a tend ncia que nos novos receptores GNSS j tenha dispon vel a vers o RTCM 3 1 Em rela o aos formatos propriet rios a maior parte dos fabricantes de equipamentos possuem os seus pr prios protocolos de transmiss o de dados Em alguns casos o fabricante especifica mais de um protocolo com objetivos diferentes ou tipo de receptor diferente Por exemplo a Trimble possui o RT17 TSIP Trimble Standard Interface Protocol e CMR CMR Compact Measurement Record Registro de Medi o Compacto ou uma combina o desses para aplica es diferentes Outros protocolos de fabricante conhecidos s o os da Leica LB2 Ashtech MBEN PBEN DBEN AOA ConanBinary e TurboBinary Javad JPS Topcon TPS u blox MBX e JPL SOC Os tipos de informa es que esses formatos podem transportar variam amplamente e s o alterados pela capacidade do hardware e exig ncias A disponibilidade das especifica es desses protocolos tamb m varia Alguns fabricantes incluem o formato nas suas documenta es de hardware enquanto alguns fornecer o essas informa es apenas quando solicitado Outros tratam isto como dado confidencial e
126. obter uma aproxima o simples para A Xy ty utilizar os erros residuais A X4 ta AB Xp tg Ac Xc tc das esta es de refer ncia A B C que cerca a VRS e calcular uma m dia ponderada no qual os pesos dependem inversamente da dist ncia entre a VRS e a respectiva esta o Al m disso pode se tamb m utilizar corre es para o centro de fase da antena MAREL 1998 Com rela o ao erro do rel gio do receptor e as ambiguidades pode se utilizar os valores obtidos da esta o base para serem introduzidos nos dados da VRS Alves 2008 utilizou uma metodologia similar a descrita em HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 e os resultados obtidos foram a n vel centim trico a decim trico 2 5 Indicadores de qualidade O desempenho de um sistema de navega o normalmente caracterizado por um indicador estat stico de qualidade Como existem varia es nas defini es dos par metros de qualidade esse indicador depende da aplica o e do sistema de navega o do usu rio HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 Normalmente os par metros de qualidade utilizados para representar a confian a no sistema de posicionamento e navega o s o acur cia integridade continuidade tA equa o difere do HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 pela adi o do seguinte termo A X4 ta 35 e disponibilidade Geralmente estes par metros de qualidade referem se a um certo instante de tempo a u
127. obtido com o RTK no geral apresenta os melhores desempenhos para a acur cia do posicionamento Um fato relevante com rela o a rede GNSS SP que atualmente possui as esta es de referencia numa configura o esparsa entre 90 e 280 km e n o atende as especifica es do software GPSNet Tal fato n o permite uma an lise mais conclusiva sobre os resultados obtidos no RTK em rede onde seria necess rio avaliar em condi es ideais se o software atender a acur cia especificada pelo fabricante Por m somente adensar as redes n o seria o nico caminho Uma outra alternativa pode ser o investimento em pesquisas para melhorar os modelos utilizados para determinar as corre es obtidas de uma rede mais esparsa situa o usual na Am rica do Sul No caso do processamento dos dados do experimento realizado na esta o ASSE distante 34 km da base a acur cia sempre foi melhor que 2cm para as componentes horizontais Resultados bastante satisfat rios e dentro das especifica es do equipamento No entanto deve se ressaltar que em todos os experimentos o receptor permaneceu est tico apenas o processamento foi realizado no modo cinem tico Por m se o receptor estiver em movimento poderiam ocorrer resultados diferentes principalmente devido as mudan as do ambiente A partir das an lises realizadas para o I95 verificou se que para valores menores que 4 os resultados obtidos para acur cia s o significativamente melhores Entretan
128. onamento RTK em rede uma vez que sempre se adotou o conceito de VRS para utilizar as corre es da rede Dessa forma a esta o virtual encontrava se a poucos metros da esta o de coleta independente da dist ncia da esta o base APPTE 165km saa 34km E we ASSE a o 181km_ ROSA S Ne i N 153km x PRM pm Figura 15 Esta es pr ximas a esta o ASSE Como pode ser observado na Figura 15 os comprimentos das linhas de base das esta es de refer ncia pr ximas a esta o ASSE variam entre aproximadamente 145 e 215 km Tais comprimentos podem ser considerados longos e fora das especifica es do software GPSNet fato que pode influenciar o posicionamento RTK em rede estrat gias VRS e VRS_S Para os experimentos conduzidos na esta o ASSE o receptor foi instalado sobre um marco de concreto cravado pr ximo a um canto de cerca As coletas ocorreram nos dias 19 e 20 02 2010 com o posicionamento RTK RTK e RTK_S e RTK em rede VRS e VRS_S 86 A disposi o do receptor R8 durante as coletas na esta o ASSE apresentada pela Figura 16 Essa esta o possui um marco de concreto de 0 3m de altura Figura 16 Local do experimento dentro da rea do Assentamento S o Jorge 6 2 1 1 195 O ndice 195 que pode auxiliar o usu rio a detectar e analisar o efeito da ionosfera sobre o posicionamento RTK e RTK em rede foi apresentado na Se o 2 5 5 Nesta z se o tal
129. orre es e 5 sat lites a condi o m nima para o posicionamento RTK Sendo assim se mais esta es estiverem dispon veis as corre es ser o calculadas usando at 6 esta es Os m dulos RTKNet e DGPSNet para poder gerar as corre es da ionosfera e corre es geom tricas troposfera e rbita utiliza alguns modelos os quais s o apresentados no Quadro 10 Quadro 10 Descri o dos modelos utilizados no GPSNet pelos m dulos de processamento de rede Corre es Descri o O GPSNet calcula as corre es de troposfera das Modelo Troposf rico esta es de refer ncia baseado em um Modelo de Hopfield Modificado O GPSNet calcula as corre es da ionosfera das Modelo Ionosf rico esta es de refer ncia baseado em um modelo de camada nica 5 gt O GPSNet calcula as corre es das rbitas dos Modelo Orbita l sat lites com base em rbitas ultra r pidas 69 4 2 5 Produ o de dados para clientes em tempo real O GPSNet oferece v rios tipos de m dulos Geradores RTCM com o objetivo de gerar mensagens no formato RTCM para envi las ao usu rio Assim os Geradores RTCM s o as ferramentas necess rias para produzir as mensagens com as observ veis e fornec las de acordo com o formato RTCM ou o formato CMR Trimble Para o gerenciamento dos geradores RTCM pode se utilizar o m dulo RTCM Manager que permite ao administrador do GPSNet gerenciar m ltiplos m dulos Gera
130. os para os usu rios e para isto utiliza se de um enlace link de r dio ou outro meio de comunica o MONICO 2008 Atualmente com implanta o das redes de telefonia celular o acesso por meio de um telefone m vel a internet permite utiliz la como link para transmitir as informa es aos usu rios Dessa forma h tecnologia de comunica o dispon vel para utilizar o conceito de RTK em rede no Brasil mas a cobertura da rede de celular n o atende 100 das regi es o que dificulta ou mesmo inviabiliza o posicionamento RTK em rede nas zonas rurais e reas distantes das grandes rodovias Mas tamb m h a necessidade de se ter dispon vel esta es de refer ncia ativas que disponibilizem dados em tempo real No Brasil tem se dispon vel algumas redes GNSS ativas como a Rede Brasileira de Monitoramento Cont nuo RBMC e a Rede Incra de Bases Comunit rias do GPS RIBAC A partir de 2006 ambas foram integradas e passaram a ser denominadas de RBMC RIBAC O n mero de esta es foi ampliado e as esta es j existentes foram substitu das por receptores de ultima gera o PONTO DE REFER NCIA 2007 Deve se ressaltar que ap s a moderniza o a rede RBMC RIBAC passou a disponibilizar dados em 20 tempo real de algumas esta es Mas na RBMC RIBAC a dist ncia entre as esta es ainda muito grande o que inviabiliza o posicionamento RTK em rede Desde 2006 tem se dispon vel a Rede GNSS ativa do Oeste do Estado de S
131. para propor metodologia para a defini o dos par metros a serem usados no contexto de integridade no posicionamento Geod sico Topogr fico e Verificar a disponibilidade do posicionamento RTK em rede e Analisar a abrang ncia da rede com rela o a disponibiliza o de corre es que contribuem positivamente no posicionamento com rela o a interpola o e extrapola o e Dar continuidade aos estudos realizados no RTK em rede por pesquisadores da FCT Unesp 1 3 Justificativa Atualmente o interesse cada vez maior em alcan ar posicionamento com alta acur cia em um intervalo de tempo de ocupa o cada vez menor Fato este que motivou o desenvolvimento das metodologias e t cnicas do RTK em rede A rede ativa GNSS SP tem uma infra estrutura vi vel implanta o do RTK em rede no Oeste do estado de S o Paulo pois os seus receptores est o conectados a internet e disponibilizando dados em tempo real para um centro de controle Necessita se apenas de um software para disponibilizar as corre es aos usu rios Os softwares atualmente dispon veis para realizar o RTK em rede s o comerciais e foram desenvolvidos para outra realidade principalmente atmosf rica como a da Am rica do Norte e da Europa Ent o existe a necessidade de testar se estes softwares 22 atendem a realidade que tem se no Brasil onde as condi es atmosf ricas s o muito mais vari veis Al m disso na rede GNSS SP as esta es de refer nci
132. perado Na Figura 26 b n o se poss vel fazer compara o do RTK com o RTK em rede uma vez que as estrat gias VRS e VRS S n o foram coletas devido a falha de conex o J os resultados obtidos para o RTK e RTK S foram bastante satisfat rios pois o EMQ ficou entre 2 e 3 cm 6 2 3 Esta o ASSI No campus da UNESP em Assis localizou se a esta o ASSI distante aproximadamente 64 77 km da esta o de refer ncia OURI como pode ser observado na Figura 27 93 z g p PRMA 60km Figura 27 Configura o das esta es pr ximas a ASSI O experimento na esta o ASSI foi realizado seguindo a mesma metodologia utilizada nos outros experimentos Os dados coletados no posicionamento RTK e RTK em rede utilizaram como base a esta o OURI As coletas ocorreram nos dias 13 e 14 01 2010 Na esta o ASSI a disposi o do equipamento durante os experimentos apresentada pela Figura 28 Essa esta o possui um pilar de concreto de 1 2 m de altura 0 30 m de di metro e dispositivo que possibilita centrar de forma for a o receptor Figura 28 Local do experimento em Assis A particularidade desse experimento que a esta o base OURI n o coleta dados GLONASS receptor NetRS Dessa forma seguindo as estrat gias de coleta definidas 94 para os experimentos n o foi poss vel fazer o posicionamento utilizando as observ veis GLONASS uma vez que n o havia dados na base
133. porcionam melhor acur cia MONICO 2008 2 2 Posicionamento cinem tico em tempo real RTK Normalmente o processamento de dados do m todo relativo realizado no escrit rio No entanto muitas aplica es obt m grandes benef cios se as coordenadas s o determinadas em tempo real tais como monitoramento navega o obras de engenharia terraplenagem loca o agricultura de precis o MONICO 2008 Nesse sentido o posicionamento RTK torna se muito interessante No posicionamento RTK s o utilizados dois receptores coletando dados continuamente Um dos receptores denominado esta o de refer ncia base e fica posicionado sobre um ponto de coordenadas conhecidas J o outro receptor receptor rover localizado nas proximidades coleta dados nos pontos de interesse do usu rio para determina o da posi o em tempo real Assim pode se dizer que a tecnologia RTK torna o GNSS uma ferramenta universal para medi es em tempo real substituindo as t cnicas de medi es tradicionais Esta o Total SEEBER 2003 Segundo Monico 2008 e Seeber 2003 a tecnologia RTK baseada nas seguintes caracter sticas transmiss o em tempo real dos dados de fase da onda portadora e pseudodist ncia da esta o base para esta o m vel ou as corre es das mesmas 27 resolu o da ambiguidade para a esta o m vel com solu o quase instant nea on the way ou on the fly determina o confi v
134. posicionamento Estrat gias de posicionamento b Per odo da tarde entre 13h04min e 14h21min Figura 20 EMQ obtido na esta o ASSE no dia 20 02 2010 no per odo da manh e da tarde Analisando a Figura 19 e a Figura 20 n o poss vel afirmar qual a melhor estrat gia para o posicionamento pois utilizando RTK ou RTK em rede os resultados foram bastante semelhantes No entanto foi poss vel verificar nos resultados do dia 20 pela manh per odo onde o I95 estava abaixo de 2 melhorias em rela o ao dia 19 que tinha o 195 igual a 4 Na Tabela 03 s o apresentadas as porcentagens de melhoria obtidas ao se comparar os valores altim tricos onde as melhorias foram mais significativas nos dois dias Tabela 03 EMQ da componente altim trica no per odo da manh dos dias 19 e 20 02 e a porcentagem de melhoria encontrada Comp Altim trica Dias VRS VRS_S RTK RTK_S EMQ m 19 02 2010 0 057 0 065 0 059 0 053 EMQ m 20 02 2010 0 027 0 035 0 035 0 022 Melhoria 52 46 40 58 89 Na Figura 20 b poss vel observar que na estrat gia RTK S o valor obtido na componente altim trica n o foi satisfat rio se comparado aos valores especificados pelo fabricante Tabela 02 pois a acur cia ficou pr xima de 14 cm 6 2 2 Esta o ADAM No campus da Faculdade Adamantinense Integrada FAI cidade de Adamantina encontra se a esta o ADAM Tal esta o dista aproxim
135. quisa para acessar as esta es de refer ncia ativas da rede GNSS SP fazer o processamento e disponibilizar os dados aos usu rios Esse software baseado em interface gr fica o que facilita a configura o e a an lise das informa es processadas Um exemplo de interface dispon vel para visualizar as informa es a tela que mostra a lista de esta es e os sat lites rastreados processados e com solu o ionosfera e troposfera disponibilizada no posicionamento em rede Figura 11 15 Trimble RTKNet 20090928 Lins Ilha File RTKNet Processor View Help File Rollover Sq UBAT RTKNet Processor Status B E Raw Data Analysis amp b Single Point Position SPP Network performance last 24 hours 86 2 TGD Storage EB RINEX Lee to Station 2 Tracked Processed Solved Performance last1 h last 24 h Satelites EEB Compact RINEX 4 ARAC 99 7 94 3 GO3 S GOES G14 5 G16 5 G18 E File Rollover ILHA NTRIP 892 835 GU3S GOS S G14 S G16 5 G18 EP UNS 94 5 905 GU3S GOES G14 G16 5 G18 B E Raw Data Analysis 79 9 76 0 GO3S GO6 S G14 S G16 S G18 amp Single Point Position SPP 99 7 91 5 GOS GOB S G14 S G16 S G18 G RTCM LINSSockServer2104 97 8 87 6 GO3S GOES G14 5 G16 5 G18 BF PRMA Ea 87 3 783 9 GO9S GOES G14 5 GIES G18 ap ear ata 95 7 84 3 GUS GOES G14 5 GIES G18 Bf Te storage 99 6 932 GO3 S GOES G14 S G16 5 G18 EE nines strane 92 2 785 7 GO3S GOES G1
136. rador RTCM para uma selecionada esta o RTController e sa da de dados de corre o em tempo real pelo receptor Splitter 1 duplicar dados do receptor Receiver 2 Receiver Alarm 1 administrador de alarmes Connection Router _ espelha alguma conex o para outra conex o Disk Watch pt monitora o seu disco e ajuda a conserv lo com espa o FTPMirror KW espelha arquivos e diret rios para um servidor FTP iGate o interface de Internet para esta es de refer ncia da rede Synchronizer WM sincronizar os dados dos receptores RTKNet Processor processador de corre es de rede para RTK VRS RTCM Manager RTCM VRS gerador RTCM de corre es de rede Coordinate Monitor monitora a posi o das esta es Synchronizer DGPSNet Processor processador de corre es de rede para DGPS VRS Watchdog W sentinela de hardware Figura 08 rvore com os m dulos do GPSNet Fonte Traduzido de TRIMBLE 2006 4 2 4 Processamento de dados de uma rede GPS GNSS 67 No GPSNet os m dulos de processamento em rede s o denominados de RTKNet Processor e DGPSNet Processor sendo o primeiro para o RTK e o segundo para o
137. rence stations in this work the established network in the western state of S o Paulo GNSS network SP was used The software adopted to perform the tests in the network was that GPSNet version 2 73 Another issue raised during the investigation was related to the available standards for transmitting data to the user such as CMR and RTCM The developments and applications were presented The issue of communication link link has been addressed showing the main available types but with emphasis on mobile phone that was the technology used to transmit data via the Internet Several experiments were conducted in different locations to examine the integrity availability and accuracy for RTK positioning and RTK network The experiments performed with RTK and RTK network using the concept of VRS Virtual Reference Station showed some problems probably related to the density of the network Among them the accuracy the initialization time span more than expected or even the ambiguities that could not be solved after 30 min of data collection The effects of the ionosphere using as basis the index I95 were also discussed and presented The obtained results showed that when the network reference stations are far apart the RTK network positioning provided a performance worse than the RTK However the network of the State of Sao Paulo does not follow the manufacturer s specifications For availability on the network GNSS SP results showed an average of
138. rios tais como v Realizou se uma estrat gia ap s a outra pois n o foi poss vel executar as quatro estrat gias ao mesmo tempo v Cada estrat gia foi dividida em duas etapas sendo que para cada etapa fez se uma inicializa o e calculou se qual o tempo era necess rio aguardar para obter a solu o das ambiguidades Em cada inicializa o foram coletados 3 pontos est ticos com tempo de ocupa o de 30 segundos e 100 pontos AutoTopo com tempo de ocupa o de 1 segundo cada Ent o em cada estrat gia coletou se 206 pontos no total 79 Y Foram feitas coletas durante dois per odos do dia um iniciando pela manh entre as 7 e 8 horas e outro a tarde iniciando entre as 13 e 14 horas Al m disso foram repetidas as coletas duram dois dias consecutivos para cada localidade Essa estrat gia foi adotada com o objetivo de buscar maior representatividade e ainda evitar a coincid ncia com alguma falha do sistema em uma nica estrat gia de coleta vy Outro crit rio adotado para n o privilegiar nem uma das estrat gias foi coletar os dados utilizando uma sequ ncia diferente durante os per odos e os dias coletados v Todos os experimentos foram realizados utilizando conex o GPRS e o padr o RTCM 3 1 para transmiss o dos dados da base tanto para o posicionamento RTK RTK e RTK S como RTK em rede VRS e VRS_S 5 5 Locais das coletas de dados As coletas de dados foram realizadas em pontos distintos dentro da rea de abra
139. rme Yuri Anderson Erico Fabinho e a todos que esqueci de citar o nome mas que fizeram parte e contribu ram para esse trabalho Aos membros do Grupo de Estudos em Geod sia Espacial GEGE pelas discuss es as quais de forma direta e indireta contribu ram para o aprimoramento dessa pesquisa Ao Instituto Federal de Educa o Ci ncia e Tecnologia Tocantins IFTO pela licen a para qualifica o a qual me possibilitou a perman ncia em Presidente Prudente e o desenvolvimento do Mestrado Aos meus colegas de trabalho junto a coordena o de Geom tica IFTO pelo est mulo indispens vel e apoio durante este trajeto EP GRAFE A imagina o mais importante do que o conhecimento Albert Einstein RESUMO Os avan os tecnol gicos nos m todos de posicionamento t m possibilitado o desenvolvimento de metodologias que viabilizam a sua utiliza o pelo usu rio numa diversidade de aplica es Um dos m todos de posicionamento GNSS Global Navigation Satellite System de grande destaque o RTK Real Time Kinematic utilizando o conceito de rede de esta es Esse m todo utiliza a infra estrutura de uma rede de esta es de refer ncia para disponibilizar corre es ao usu rio O conceito cl ssico do RTK tem como princ pio b sico a alta correla o dos erros provocados pela ionosfera troposfera e rbita dos sat lites na esta o de refer ncia e em uma esta o pr xima de interesse No entanto com o
140. rv veis de fase e s o capazes de registrar efeitos atmosf ricos diferenciais com acur cia na ordem do mil metro ao cent metro Os modelos ionosf ricos s o produzidos para cada sat lite individualmente e com uma alta resolu o temporal W ANNINGER 2004 Para determinar o I95 o modelo de corre o do efeito ionosf rico compreende basicamente dois coeficientes Eles representam as tend ncias ionosf ricas diferenciais em duas dire es a sul norte Iar e a leste oeste Iron A fim de sintetizar o conte do da informa o que descreve a superf cie de corre o ionosf rica combinam se os dois par metros da seguinte forma W ANNINGER 1999 RR eae 2 12 Os valores do ndice I95 refletem a intensidade da atividade ionosf rica isto as influ ncias esperadas para as posi es GPS relativas Os valores de 195 s o computados das corre es ionosf ricas de todos os sat lites em todas as esta es de rede durante uma respectiva hora Para o c lculo do ndice os piores dados um total de 5 s o rejeitados os 95 restantes representam o valor do ndice I95 para um per odo de uma hora Um exemplo do ndice apresentado na Figura 05 41 High Activity Medium Activity Normal Activity lonospheric Index 195 123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour of Day Figura 05 Gr fico com os valores do 195 em ppm de L1 obtidos na rede GNSS SP no dia 12 01 201
141. s fornecem as especifica es quando um acordo j est em vigor IGNSS 2006 43 Esses padr es tipo propriet rio tamb m s o normalmente no formato bin rio e deste modo s o bastante eficientes no uso da largura de banda Alguns protocolos como o MBEN PBEN da Ashtech ou o LB2 de Leica tamb m podem ser formatados em ASCII Al m de dados provenientes do receptor a maior parte desses protocolos tamb m fornecem informa es para controlar o receptor e modificar as suas configura es IGNSS 2006 Uma quest o importante a observar com rela o aos padr es de dados propriet rios quando se tem uma rede de esta es de refer ncia pois n o vi vel que o software de gerenciamento da rede n o distinga diferentes marcas de receptores Neste caso o software deve ser capaz de suportar mais de um determinado protocolo de fabricante A seguir ser o apresentados mais detalhes dos padr es RTCM 2 3 e 3 1 incluindo as mensagens utilizadas no DGPS e RTK informa es sobre o formato propriet rio Trimble CMRICMR que a maioria dos fabricantes incorporou em seus equipamentos e os meios de transmiss o de dados usados atualmente Escolheram se duas das vers es do RTCM para uma abordagem mais detalhada A vers o 2 3 que est implementada na maioria dos equipamentos RTK e a vers o 3 1 que possui implementado todos os itens do novo padr o 3 x incluindo as novas mensagens para aplica o no posicionamento em rede 3
142. s coletados simultaneamente na esta o de refer ncia e nas esta es a determinar definem as v rias linhas de base para o processamento Pode se ainda usar o m todo denominado de DGPS Differential GPS sendo que no DGPS um receptor estacionado em uma esta o de refer ncia e os outros receptores ficam na posi o de interesse do usu rio Neste m todo o princ pio b sico que os dois receptores rastreando simultaneamente os mesmos sat lites t m os erros atuantes correlacionados Assim utilizando as coordenadas j conhecidas e as determinadas no PP calcula se as diferen as entre as coordenadas ou as diferen as entre as pseudodist ncias observadas e calculadas Estas diferen as s o transmitidas aos usu rios por algum meio de comunica o Ap s fazer as corre es das pseudodist ncias o usu rio determina sua posi o no PP diretamente em rela o ao geocentro HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 25 Sabe se tamb m que no DGPS as corre es deterioram se com o distanciar da esta o base decorrela o dos erros Desta forma para eliminar essa defici ncia desenvolveu se o sistema WADGPS Wide Area DGPS que ao inv s de produzir uma corre o escalar para cada pseudodist ncia o sistema proporciona um vetor de corre es para cada sat lite composto dos erros das efem rides e do rel gio al m dos par metros referentes a refra o ionosf rica e troposf rica Na composi o de um siste
143. s nos experimentos 6 1 Considera es sobre a inicializa o Zz No posicionamento em tempo real um fator importante que as ambiguidades sejam solucionadas o mais r pido poss vel com valores inteiros fixed Os sistemas RTK utilizam t cnicas On The Fly OTF o que possibilita a estima o r pida dos n meros inteiros de ciclos Nas aplica es RTK importante esperar que o sistema obtenha a solu o das ambiguidades antes de iniciar o posicionamento ou durante o mesmo Dessa forma para avaliar e comparar os intervalos de tempo demandados na solu o das ambigiiidades tempo de inicializa o este foi cronometrado durante as coletas para cada estrat gia utilizada VRS VRS_S RTK e RTK_S Para cada estrat gia foram feitas duas inicializa es durante cada per odo do dia manh e tarde e repetidas ao longo de dois dias consecutivos o que totalizou 8 inicializa es para cada estrat gia Na Tabela 01 s o apresentados os tempos de inicializa o m ximos e m nimos obtidos para cada estrat gia nas diferentes localidades Os demais intervalos de tempo gastos para obter a inicializa o das ambiguidades s o apresentados no Ap ndice A 83 Tabela 01 Os intervalos m nimos e m ximos gastos nas inicializa es Esta o Estrat gia Tempo de inicializa o Maximo VRS Is 3min 4s VRS_S 2s 2min 4s ASSE 19e 20 02 10 RTK 7s 4min 485
144. s pais Mario e Aliria que fizeram da educa o de seus filhos uma meta de vida e com muito xito tem cumprido dando apoio nos momentos certos e corrigindo quando necess rio Aos meus queridos irm os Juliano e Jo o Gabriel que sempre me incentivaram nos momentos dif ceis contribuindo para a realiza o desse trabalho AGRADECIMENTOS Agrade o Primeiramente agrade o a Deus por ser meu guia minha luz e por me dar sabedoria ao longo desta caminhada Ao Prof Jo o Francisco Galera Monico pela confian a orienta o e contribui es dadas ao longo do desenvolvimento dessa pesquisa Tamb m expresso meus agradecimentos a Dr Daniele Barroca Marra Alves co orientadora que continuamente auxiliou no desenvolvimento desse trabalho A Trimble por disponibilizar o software GPSNet indispens vel para a realiza o dessa pesquisa A FAPESP pelo financiamento ao Projeto Tem tico Processo 2006 04008 2 s ag ncias de fomento CNPq e CAPES pelo apoio financeiro Ao Departamento de Cartografia e a todos da Unesp que direta e indiretamente contribu ram para o andamento a contento desse trabalho Ao Guilherme Poleszuk dos Santos Rosa pelo aux lio e trabalho em equipe na solu o de problemas com o software GPSNet e por sempre estar dispon vel a colaborar dando suporte as coletas de campo A todos os amigos da P s Gradua o pelas discuss es conversas e ajuda em especial Gaucho Jo o Paulo Fazan Guilhe
145. s para o posicionamento a partir de uma rede de esta es de referencia Algumas institui es de pesquisa est o desenvolvendo seus softwares para o posicionamento em rede dentre os quais pode se citar e O software SIMRSN Singapore Integrated Multiple Reference Station Network foi desenvolvido em conjunto com o Laborat rio de Agrimensura e Mapeamento da escola de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade Tecnol gica de Nanyang Singapura Grupo de Posicionamento e Navega o por Sat lite SNAP da escola 63 de Agrimensura e Sistemas de Informa es Espaciais da Universidade de New South Wales UNSW na Austr lia e o Departamento de Inspe o da Terra de Singapura Mais especificamente ficando a cargo do SNAP a responsabilidade de desenvolver o software para o RTK em rede UNSW 2009 e Atualmente pesquisadores da FCT Unesp Departamento de Cartografia est o desenvolvendo um software para posicionamento em rede o FCT RTK inicialmente para modo p s processado aplicando o conceito de VRS Em uma segunda etapa para aplica es em tempo real J o software GNSMART GNSS State Monitoring and Representation Technique n o foi desenvolvido por empresas fabricantes de equipamentos nem por centros de pesquisa mas pela Geo uma empresa fundada em 1990 na cidade de Garbsen na Alemanh com o objetivo de desenvolver solu es para o posicionamento est tico e ou cinem tico geod sia navega o entre outras O softwar
146. sco Otimista Quando se monitora a integridade o objetivo determinar se um sistema ou se uma medida atende aos requisitos de desempenho de um sistema de navega o O monitoramento da integridade utilizado para integrar disseminar ou complementar um sistema de navega o por exemplo GBAS Ground Based Augmentation System SBAS Al m disso com esta es de monitoramento cont nuo pode se monitorar o sinal do sat lite e enviar informa es sobre qualquer comportamento err neo ao usu rio Finalmente o receptor aut nomo de monitoramento da integridade RAIM Receiver Autonomous Integrity Monitoring uma t cnica que explora a redund ncia de medidas para fornecer um alto n vel de integridade e seguran a para o usu rio HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 Nos servi os de monitoramento da integridade uma rede de esta es analisa a condi o dos sinais dos sat lites quanto sua integridade Como no RTK em rede utilizado uma rede de esta es tamb m poss vel implementar o monitoramento desse elemento No entanto esse elemento ainda n o de uso comum na Geod sia requerendo investiga es no que concerne a quantifica o padroniza o e certifica o 2 5 5 ndice de dist rbio da ionosfera 195 Segundo Wanninger 2004 o posicionamento RTK limitado a dist ncias curtas entre a esta o base e o usu rio devido principalmente aos erros causados pela ionosfera
147. sicionamento 6 2 3 2 Indicadores da acur cia Na esta o ASSI foram estimadas as coordenadas com base no posicionamento RTK e RTK em rede e a partir das mesmas foram realizadas algumas an lises estat sticas A Figura 31 apresenta o EMQ para as componentes N E e h obtidos com diferentes estrat gias Nessa coleta a esta o base utilizada foi a esta o OURI 0 40 H Erro N WErro N WErro E WErro E 0 20 HErro h E Erro h 0 00 VRS RTK VRSS RTK_S VRS RTK VRS_S RIKS Estrat gias de posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 9hl6min e 10h48min b Per odo da tarde entre 13h22min e 15h15min Figura 31 EMQ obtido na esta o ASSI no dia 13 01 2010 no per odo da manh e da tarde Analisando a Figura 31 a observa se uma diferen a significativa na componente altim trica entre a estrat gia VRS e RTK uma vez que os valores obtidos a partir da segunda inicializa o feita na estrat gia VRS apresentaram discrep ncias de ordem de 2 m na componente altim trica Dessa forma o EMQ para VRS na componente altim trica foi de 1 37 m enquanto no RTK foi de 8 cm Vale salientar que ao adotar a estrat gia VRS_S foi 96 observado que EMQ teve um valor ainda maior pois na componente altim trica obteve se um EMQ de 1 88m e na componente E um valor de 52 cm Verifica se a partir da Figura 31 b que de uma forma geral o RTK e RTK S foram s estrat gias qu
148. so aos dados da MVC do posicionamento al m de ferramentas que possibilitem ao centro de controle enviar mensagens ao usu rio informando quando o sistema n o deve ser utilizado 125 8 REFER NCIAS AFONSO A J G Implementa o de uma rede de esta es de refer ncia GPS para posicionamento em tempo real 2006 151f Disserta o Mestrado em Engenharia Geogr fica e Geoinform tica Universidade de Lisboa Faculdade de Ci ncias e Departamento de Matem tica Lisboa ALVES P AHN Y LACHAPELLE G The effects of network geometry on network RTK using simulated GPS data In ION GPS 2003 Oregon Convention Center Portland Proceedings 2003 ALVES D B M Posicionamento GPS utilizando conceito de esta o virtual 2008 164f Tese Doutorado em Ci ncias Cartogr ficas Universidade Estadual Paulista Presidente Prudente Desenvolvimento e implanta o do RTK em rede para posicionamento geod sico no Estado de S o Paulo 2009 P s Doutorado Universidade Estadual Paulista Presidente Prudente Em andamento CAA CIVIL AVIATION AUTORITY GPS integrity and potential impact on aviation safety Paper 2003 9 April 2004 CHEN R LI X WEBER G Test results of an Internet RTK system based on the NTRIP protocol In ION GPS 2003 Oregon Convention Center Portland Proceedings 2003 DAL L HAN S WANG J RIZOS C A Study on GPS GLONASS multiple reference station techniques for precise real time
149. ss o de dados e n o h uma conex o de dados bi direcional em duas dire es Normalmente as informa es s o geradas por um servidor Provedor que tem um interesse institucional ou comercial no fornecimento do servi o de navega o ou posicionamento RTCM 2006 Em geral as aplica es na navega o que requerem precis o de 1 10 metros ja estavam servidas mas com o surgimento de in meras aplica es com acur cia sub m trica aumenta a import ncia dos servi os como o RTK As aplica es do RTK no ar gua e opera es terrestres s o numerosas e n o seria poss vel cit las aqui mas as principais s o e Mar timas levantamentos hidrogr ficos opera es com draga navega o em canais estreitos altura de mar s coloca o e revis o de b ias e A reas levantamentos a reos testes de sistemas de pouso calibra o de outros sistemas de navega o e Terrestres levantamentos constru o de edif cios e pontes minera o na superf cie agricultura constru o de estradas loca o de recursos e manejo Finalmente conclui se que as exig ncias RTK de todas essas aplica es diferentes n o variam muito e s o a largura de banda do link de transmiss o e as taxas de atualiza o que s o determinadas principalmente pelas exig ncias em termos de acur cia e as obstru es do sinal RTCM 2006 O modelo OSI dividido em camadas hier rquicas ou seja cada camada usa as fun es da pr
150. stiga o Dentro do conceito de RTK em rede torna se importante alguns conceitos muito utilizados em navega o Enquanto a acur cia bem conhecida e usada na rea de Geod sia disponibilidade e integridade s o temas ainda n o muito difundidos raz o pela qual s o apresentados a seguir e investigados no contexto deste trabalho Disponibilidade uma medida de porcentagem de tempo durante o qual o sistema trabalha dentro da sua rea de cobertura atendendo condi es especificadas A acur cia uma medida estat stica que proporciona o grau de adequa o entre o par metro estimado ou medido de um objeto em um dado instante e o par metro real J a integridade uma medida de confian a que se pode ter sobre a exatid o das informa es fornecidas por um sistema de navega o isto a capacidade que o sistema tem de informar aos usu rios quando o sistema n o deve ser utilizado MONICO 2008 SEEBER 2003 HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 21 1 2 Objetivos Neste trabalho objetiva se estudar e avaliar aspectos relacionados com a metodologia e a tecnologia do RTK em rede incluindo a acur cia posicional a integridade e a disponibilidade Para satisfazer o objetivo geral os seguintes objetivos espec ficos s o almejados e Avaliar as tecnologias utilizadas no posicionamento RTK e RTK em rede receptor software e sistema de comunica o e Analisar a acur cia do sistema e Inicializar discuss o
151. tade as exig ncias em termos de largura de banda para transmiss o dos dados necess rios ao posicionamento RTK se comparado ao padr o de mensagem RTCM vers o 2 x equivalente Com isto a utiliza o desse formato de dados tornou se muito comum n o s nos produtos da Trimble mas de v rios outros fabricantes por exemplo pode se citar o uso em redes como a CORS em Victoria Austr lia SydNet em New South Wales Austr lia CATNET na Catalunha Espanha SERVIR Portugal que funcionam disponibilizando dados no formato CMR CMR Isto porque os diferentes desenvolvedores de softwares para o posicionamento RTK em rede disponibilizaram o formato CMR CMR como op o tais como o GPSNet da Trimble o Spider da Leica e o SIMRSN da University of New South Wales UNSW IGNSS 2006 3 4 Meios de transmiss o de dados A arquitetura de uma rede que d suporte ao RTK em rede compreende um conjunto de esta es de refer ncia GNSS um centro de controle e um ou mais sistemas de comunica o que permita receber dados GNSS das esta es de refer ncia e comunicar com os usu rios enviando lhes os dados pretendidos Com rela o aos sistemas de comunica o h varias possibilidades Talbot 1996 especificou quais as op es de enlace links de comunica o podem ser usados para a transmiss o de dados nas t cnicas diferenciais e r dio modem via VHF ou UHF e linha telef nica m vel e sub portadora FM RDS e internet sem
152. tdeenees 78 Quadro 14 Dias das coletas esta es base e as dist ncias 81 LISTA DE TABELAS Tabela 01 Os intervalos m nimos e m ximos gastos nas inicializa es cct 83 Tabela 02 Valores de acur cia para o posicionamento RTK com base nas especifica es AGS QUID ANIC ING ass ei a Gral o gaba et as ead ete nab aa 84 Tabela 03 EMQ da componente altim trica no per odo da manh dos dias 19 e 20 02 e a porcentagem de melhoria enconhadas ss siasistea din iusinabisl assis tags 88 Tabela 04 M dia geral do EMQ para as componentes N E e h mM cee eeeceeeeeeeeeeeeeeeeees 111 Tabela 05 Valores de porcentagem da disponibilidade e da performance da rede GNSS Tabela 06 Taxa de sucesso da integridade para as componentes Horizontais e Verticais 121 SUM RIO SUM RIO 26295 ino id eat Syne Rien te as Se 15 1 INTRODUCA O Pesa e eel EO ERNE Ghee 17 Dil CARACTERIZA O DO ASSUNTO narro asseio aa nia dade aaa aa cms aa aa cantada rag 17 12 OBJETIVOS n a itens cee EA A Ta DOTE AD a SONS EARS 21 LS JUSTIFICATIVA E ge ae 21 1 4 CONTE DO DA DISSERTA O jariata dice as es iii bosa Eae cn Era ee desta 22 2 POSICIONAMENTO GNSS BASEADO EM REDES s stis 24 221 ASPECTOS INTRODUT RIOS piratas eita ncia ai San pa co ca a 24 2 1 1 Posicionamento relativo ccccccccccccessessssccececccsesessnsececececeesesesssaeeeseceesesenerteaeeesecs 26 2 2 POSICION
153. termos da equa o de observa o dependentes da localiza o necessitam ser corrigidos para a nova localiza o posi o da VRS HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 Assim para gerar os dados da VRS da forma mais simples poss vel selecionada uma esta o normalmente a que est mais pr xima da VRS como esta o base Observa que a esta o neste contexto diferente daquele elucidado no RTK original A partir das observ veis da esta o base fase e pseudodist ncia e dos erros atmosf ricos modelados a partir das esta es de refer ncia s o gerados as observ veis para a VRS ALVES 2008 Seja a equa o da fase dada por HOFMANN WELLENHOF LICHTENEGGER e WASLE 2008 32 DECE FPFE NE FAS t 2 3 onde t medida da fase da onda portadora em ciclos p t dist ncia geom trica entre o receptor r e o sat lite s em metros comprimento de onda m N Ambiguidade valor inteiro de ciclos f frequ ncia da fase da onda portadora em MHz A t diferen a entre os erros dos rel gios dos sat lites e receptor A quest o definir da equa o 2 3 quais os termos s o dependentes da posi o ou em outras palavras qual dos termos se modifica se o mesmo receptor for assumido em outra posi o mas considerando o mesmo instante A resposta est nos termos Di i e P t pois os outros componentes da equa o n o sofrem altera o com a varia o da posi o
154. tivity lonospheric Index 195 123 4 6 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hour of Day 19 11 2009 Figura 36 195 para a rede GNSS SP no dia 19 11 2009 Os valores obtidos para o I95 Figura 35 apresentaram um comportamento muito semelhante aos obtidos nos dias dos experimentos em ASSE ASSI e ADAM pois os 99 menores valores foram obtidos no per odo da manh Nos dias 18 e 19 os menores valores para o I95 ocorreram no per odo entre 5 e 13 horas locais 6 2 4 2 Indicadores da acur cia Na esta o TUPA as coordenadas foram comparadas com as coordenadas oficiais da mesma e a partir da foram feitas algumas an lises estat sticas As Figuras 37 e 38 apresentam o EMQ 0 70 3 00 2 75 0 60 2 50 2 25 0 50 2 00 E 040 EPA a s 1 50 us 0 30 1 25 1 00 0 20 0 75 HErro N WErro N 0 50 0 10 WErro E WErro E WErro h 0 25 EErro h 0 00 0 00 VRS RTK VRSS RTKS VRS RTK VRS_S RTK_S Estrat gias de posicionamento Estrat gias de posicionamento a Per odo da manh entre 7h39min e 9hl3min b Per odo da tarde entre 13h07min e 15h34min Figura 37 EMQ obtido na esta o TUPA no dia 18 11 2009 no per odo da manh e da tarde 100 0 70 0 60 0 50 0 40 EMQ m 0 30 0 20 E Erro N E Erro N 0 10 Erro E i ba Erro E E Erro h E Erro h 0 00 VRS RTK VRS_S RTK_S VRS RTK VRSS RTK_S Estrat gias d
155. to deve se observar que as dist ncias da esta o base tamb m influenciam os resultados No caso do posicionamento utilizando RTK os resultados foram melhores que 10 cm para distancias de at 93 km com o ndice I95 lt 4 Em termos da an lise da disponibilidade obtiveram se valores na m dia pr ximo dos 96 o que representa bons resultados al m de mostrar que as conex es apresentam boa estabilidade e desempenho no processamento feito pelo GPSNet A an lise da integridade para o posicionamento RTK e RTK em rede apresentou algumas dificuldades Uma delas referente a n o contempla o deste conceito nos equipamentos e softwares utilizados Al m disso como s o equipamentos comerciais n o poss vel realizar uma implementa o complementar Por m foram calculados os valores HPL e VPL apenas para parte dos resultados devido a dificuldade em obter a MVC do posicionamento necess ria para o c lculo Em termos da an lise da Integridade primeiramente foi sugerido um valor para o AL que pudesse satisfazer as aplica es em tempo real Os resultados obtidos foram em m dia 68 3 e 63 9 para as componentes 124 horizontal e vertical respectivamente Na componente vertical ocorram mais equ vocos para os valores de integridade em rela o a acur cia A utiliza o do conceito de integridade se mostrou bastante eficiente e til e os resultados para uma primeira an lise se mostraram promissores Para trabalhos futuros cabe acrescent
156. tr s condi es para a an lise da integridade v Na primeira condi o avaliado se a acur cia menor que os valores de HPL e VPL respectivamente para as componentes horizontais e verticais Acu Horz lt HPL e Acu Vert lt VPL v Na segunda condi o analisado se a integridade aparente garantida pelos ndices HPL e VPL com rela o ao AL HPL lt AL e VPL lt AL 121 v Na terceira an lise verifica se os indices HPL e VPL s o menores que o AL e tamb m se os valores de acur cia s o menores que o AL Tabela 06 Taxa de sucesso da integridade para as componentes Horizontais e Verticais Horizontal Vertical Esta o AC lt HPL HPL lt AL HPL lt ALe AC lt VPL VPL lt AL VPL lt ALe AC lt AL AC lt AL ASSE 100 100 100 43 8 100 93 8 ADAM 75 0 81 3 75 0 68 8 87 5 75 0 ASSI 80 0 81 3 68 8 26 7 100 68 8 TUPA 56 3 81 3 56 3 56 3 87 5 62 5 PANO 62 5 75 0 50 0 50 0 75 0 50 0 BATA 46 7 86 7 60 09 33 3 100 33 3 M dia 70 1 84 2 68 3 46 5 91 7 63 9 Acur cia Observando a Tabela 06 pode se perceber que quando a condi o para o posicionamento aumento da dist ncia se tornou pior mais equ vocos ocorreram nos valores de integridade A coer ncia nos resultados para HPL e VPL em rela o a acur cia foi na m dia 70 1 e 46 5 para a componente horizontal e vertical respectivamente Para a componente vertical e
157. trat gias RTK e RTK S tamb m obtiveram os melhores desempenhos concordando com os resultados apresentados na Figura 48 b e isto refor ar a considera o sobre as estrat gias que apresentaram melhor desempenho na esta o BATA Ap s a analise dos resultados obtidos para as seis localidades pode se constatar que a componente altim trica foi sempre pior que a planim tria Dessa forma a pr xima se o apresenta uma an lise geral para esses resultados 6 2 7 An lise geral da acur cia dos resultados Na avalia o da acur cia v rios fatores trazem influ ncias negativas para os resultados obtidos no posicionamento em tempo real Dentre eles pode se destacar alguns tais como a dist ncia da esta o m vel esta o base e o efeito da ionosfera quantificado no 195 Os valores de acur cia obtidos est o diretamente relacionados com a dist ncia da esta o base ao usu rio tanto para o RTK como no posicionamento RTK em rede sendo que nesse ltimo a dist ncia em rela o a esta o base utilizada para gerar os dados da VRS Para analisar os resultados de acur cia obtidos com diferentes dist ncias da base foi realizado um comparativo dos valores obtidos na componente altim trica Esta foi empregada em virtude de ter apresentado os piores resultados Como o I95 um bom indicativo dos efeitos da ionosfera para o posicionamento RTK e RTK em rede ele tamb m foi adotado como um fator de an lise dos resultados uma vez qu
158. ttings VRS SAPOS Settings C Default enable fallback to RAW Mode 9 le C Force RAW Mode RAW Mode while net corrections for less than 5 sats RAtw Mode if distance to closest station is greater than 30 km RAW Mode if distance to closest station is less than 0 km VR5 Mode Station ID Increment station ID at change of reference position C Use this fixed station ID if VAS Mode 0 m Check NMEA Record Ignore NMEA record with HDOP higher than o Ignore NMEA record with number of satellites less than 5 Use NMEA in any case after 60 sec m Mobile Reference Station IV Select new reference when distance exceeds 1 km Cancelar Aplicar c Configura es da VRS Figura 13 Configura o do m dulo gerador de VRS no software GPSNet 5 4 Estrat gias adotadas durante as coletas de dados Para realizar os experimentos em campo um receptor Trimble R8 GNSS dispon vel no Latogeo Laborat rio de Topografia Geod sia e Astronomia da FCT Unesp foi utilizado Este receptor possui uma controladora port til com sistema operacional Windows Mobile e o software Survey Controler v 12 45 espec fico do fabricante para realizar o posicionamento em campo A controladora pode se comunicar com o receptor 78 Trimble R8 GNSS atrav s de cabos ou por interface sem fio Bluetooth e ainda possui capacidade de comunica o externa utilizando GPRS por telefone celular o que viabiliza a comunica
159. ttp vww leica geosystems com corporate 20en products gps_systems lgs_4591 htm gt Acesso em 08 Jul 2009 LEICK A GPS satellite surveying 3 ed Hoboken John Wiley amp Sons 2004 431p MAREL H Van der Virtual GPS reference stations in the Netherlands In ION GPS 1998 Nashville Tennessee Proceedings 1998 MONICO J F G Posicionamento pelo NAVSTAR GPS descri o fundamentos e aplica es 1 ed S o Paulo Unesp 2000 287p Posicionamento pelo GNSS descri o Fundamentos e aplica es 2 ed S o Paulo Unesp 2008 473p PONTO DE REFER NCIA Vit ria mapeada em SIRGAS 2000 Rio de Janeiro IBGE 2008 RETSCHER G Accuracy performance of virtual reference station VRS networks Journal of Global Positioning System v 1 n 1 p 40 47 2002 RIZOS C Network RTK research and implementation A geodetic perspective Journal of Global Positioning System v 1 n 2 p 144 150 2002 ROTURIER B CHATRE E VENTURA TRAVESET J The SBAS integrity concept standardised by ICAO application to EGNOS In ESA EGNOS for Professionals Publications GNSS conference Serville Span May 2001 RTCA RADIO TECHNICAL COMMISSION FOR AERONAUTICAL SERVICES Minimum operational performance standards for Global Positioning System wide area augmentation system airborne equipment DO 229D Comit Especial N 159 2006 128 RTCM THE RADIO TECHNICAL COMMISSION FOR MARITIME SERVICES Dispon vel em
160. tualmente Informa es propriet rias designadas de 4088 a 4095 Fonte Adaptado e traduzido de RTCM 2006 V3 1 No Quadro 04 a seguir s o apresentadas as mensagens dispon veis na vers o 3 1 para os diferentes servi os RTK Est o separadas pelos sistemas suportados nessa vers o GPS GLONASS e a combina o GPS GLONASS Por m como a constela o GLONASS hoje n o est completamente operacional os tipos de servi os prov veis ser o o GPS e a combina o GPS GLONASS Quadro 04 Tipos de mensagens que suportam diferentes n veis de servi o RTK Receptores m veis Tipos de mensagem da esta o de Servi o Grupo Pome NG refer ncia m nimo de Servi o m nimo Servi o completo decodifica o de opera o de opera o Observa es GPS 1001 1004 1001 1002 GPS apenas Descri o da Esta o 1005 e 1006 1005 ou 1006 1005 ou 1006 LI Descri o da Antena 1007 e 1008 1007 ou 1008 1007 ou 1008 Informa o Operacional 1013 Auxiliar Observa es GPS 1003 1004 1003 1004 GPS RTK L1 Desetigad da Esta o 1005 e 1006 1005 ou 1006 1005 ou 1006 e L2 Descri o da Antena 1007 e 1008 1007 ou 1008 1007 ou 1008 Informa o Operacional 1013 Auxiliar Observa es GLONASS 1009 1012 1009 1010 GLONASS Descri o da Esta o 1005 e 1006 1005 ou 1006 1005 ou 1006 apenas L1
161. tum 5 Fixa Sa de da Constela o GPS 6 Fixa Quadro Nulo GPS 7 Fixa Almanaque dos Radiofar is DGPS 8 Tentativa Almanaque das Esta es Pseudolite 9 Fixa Corre es Diferenciais de um Conjunto Parcial de Sat lites GPS 10 Reservado Corre es Diferenciais para o C digo P 11 Reservado Corre es Diferenciais C A L1 e L2 12 Reservado Par metros da Esta o Pseudolite 13 Tentativa Par metros da Esta o de Refer ncia 14 Fixa Tempo da Semana GPS 15 Fixa Mensagem do Atraso Ionosf rico 16 Fixa Mensagem Especial GPS 17 Fixa Dados de Efem rides GPS 18 Fixa Medida Bruta da Fase da Portadora RTK 19 Fixa Medida Bruta da Pseudodist ncia RTK 20 Fixa Corre es Diferenciais da Fase da Portadora RTK 21 Fixa Corre es Diferenciais da Pseudodist ncia RTK 22 Tentativa Par metros Estendidos da Esta o de Refer ncia GPS 23 Tentativa Registro de Defini o do Tipo de Antena 24 Tentativa Ponto de Refer ncia da Antena ARP 25 26 amp Indefinido 27 Tentativa Almanaque dos Radio far is Estendido 28 30 sen Indefinido 31 Tentativa Corre es Diferenciais GLONASS 32 Tentativa Par metros da Esta o de Refer ncia GLONASS 33 Tentativa Sa de da Constela o GLONASS Tentativa Corre es Diferenciais de um Conjunto Parcial de Sat lites N gt 1 GLONASS 34 Quadro Nulo para N lt 1 35 Tentativa Almanaque dos Radiofar is GLONASS 36 Tentativa Mensagem Especial GLONASS 37 Tentativa Compensa o do Sistema de Tempo GNSS 38 58 aad Indefinid
162. udan a para a faixa de 1 8 GHz que possibilitou aumentar ainda mais o n mero de canais de RF e O padr o GSM 1900 foi desenvolvido para oferecer uma quantidade maior de servi os aos usu rios de telefonia m vel celular e opera na faixa de 1 9 GHz SVERZUT 2005 59 Os servi os GSM foram desenvolvidos medida que a demanda por novas aplica es cresceu A seguir t m se as tr s fases de evolu o da tecnologia GSM e Fase l Telefonia voz e chamadas de emerg ncia SMS servi o de mensagem curta Dados 0 3 9 6 Kbps Transmiss o de pacotes ass ncronos e Fase 2 Tele servi os Voz a meia taxa half rate Melhorias no SMS Pacotes de dados com taxa de 2 4 a 14 4 Kbps Servi os adicionais como identificador de chamadas restri o de chamada chamada em espera entre outros e Fase 2 Fase que introduziu o servi o de dados por pacotes e altas taxas de transmiss o GPRS Analisando a evolu o dos sistemas m veis de telefonia pode se dizer que a primeira gera o 1G foi totalmente anal gica A segunda gera o 2G foram de sistemas digitais predominante apoiada na tecnologia GSM e com baixa taxa de transmiss o de dados Entretanto a mudan a do perfil dos usu rios gra as ao desenvolvimento da Internet norteou a evolu o dos sistemas de telefonia m vel de modo a permitir ao usu rio o acesso internet em alta velocidade a partir de seu celular Esse fato
163. v veis RTK compat veis com a mensagem tipo 1001 podem ser utilizados j as informa es adicionais podem ser ignoradas O mesmo acontece se o receptor m vel s funcionar com L1 51 ainda assim deve ser projetado para decodificar os tipos de mensagem 1003 e 1004 e ser capaz de extrair a informa o L1 RTCM 2006 3 2 3 Camada de transporte A camada de transporte define a estrutura para enviar ou receber mensagens da vers o 3 O prop sito de definir esta camada assegurar que dados RTCM possam ser decodificados corretamente pelas aplica es ex DGPS e RTK A troca de dados precisa ter sua estrutura estabelecida antes da transfer ncia para a aplica o Para aplica es de alta integridade o provedor precisa mostrar que a integridade adequada mantida durante o processo de montar e desmontar a estrutura dos quadros na camada de transporte A estrutura b sica dos quadros consiste em um pre mbulo fixo a defini o do tamanho da mensagem a mensagem e 24 bits para Checagem de Redund ncia C clica Cyclic Redundancy Check CRC para transfer ncia de dados de alta integridade RTCM 2006 O m todo CRC uma t cnica para descobrir erros em dados digitais mas n o para fazer corre es quando os erros s o descobertos A estrutura do formato dos quadros apresentada no Quadro 05 Quadro 05 Estrutura dos quadros na vers o 3 x In cio Reservados Tamanho da Tamanho vari vel dos CR
164. vam uma nica esta o base a muitos quil metros de dist ncia RTK e RTK S Al m do mais utilizando VRS era necess rio aguardar o tempo at a inicializa o de forma similar as outras 84 estrat gias Mas muitas vezes imediatamente ap s sua obten o ela era perdida o que exigia uma nova inicializa o Esses resultados d o ind cios de que as estrat gias baseadas em uma nica esta o base RTK e RTK S comportaram se com maior robustez na obten o e manuten o da inicializa o o que em princ pio parece estar inconsistente Por m o desenvolvedor do software GPSNet especifica que as dist ncias entre as esta es de refer ncia da rede sejam entre 50 e 70 km fator n o atendido na rede GNSS SP devendo ent o gerar corre es n o adequadas 6 2 Acur cia Antes de apresentar os resultados obtidos para a acur cia na forma de erro m dio quadr tico EMQ s o descritos as caracter sticas da esta o onde os dados foram coletados a disposi o das esta es de refer ncia na rede e o ndice I95 Se o 2 5 5 obtido na rede GNSS SP no per odo dos experimentos Para analisar a qualidade do posicionamento dentro da rea de abrang ncia da rede utilizou se um receptor R8 GNSS Trimble com as seguintes especifica es de acur cia para o RTK 10mm lppm na horizontal H e 20mm lppm na vertical V TRIMBLE 2004 Ao conduzir os experimentos utilizou se o intervalo de Is e m scara de eleva o de
165. xistiu uma grande dificuldade em fornecer um indicativo real para os resultados A garantia da integridade indicada por HPL lt AL e VPL lt AL foi de 84 2 e 91 7 valores relativamente bons mas n o representam a acur cia pois quando se verificou tamb m AC lt AL obteve se em m dia 68 3 e 63 9 para as componentes horizontal e vertical Esses valores est o muito aqu m dos obtidos somente pelos indicadores HPL e VPL Vale citar que esse foi um primeiro exerc cio de aplica o dos conceitos de Integridade no posicionamento RTK raz o pela qual muitas melhorias dever o ainda ser fact veis de serem realizadas 122 7 CONSIDERA ES FINAIS CONCLUS ES E RECOMENDA ES Nesta disserta o foi apresentada uma revis o te rica sobre os principais conceitos envolvidos no RTK em rede os quais s o utilizados para descrever os componentes necess rios nesse tipo de posicionamento Foram apresentados ainda os conceitos relacionados ao c lculo da integridade bem como a sua origem na avia o civil e a possibilidade de sua utiliza o junto com o conceito de RTK em rede Al m dos conceitos de integridade foram apresentados os da acur cia da disponibilidade e da continuidade A revis o sobre os padr es para transmiss o e recep o de dados GNSS mostrou a evolu o do padr o RTCM bem como de padr es desenvolvidos por fabricantes de equipamentos os quais possibilitam um melhor entendimento das particularidades de cada um Al m
166. zida pelas autoridades alem s WUBBENA et al 2005 apud AFONSO 2006 70 RTK DGPS t pica Ele adicionado abaixo do m dulo RAW Data Analysis RTCM Multi Station o m dulo seleciona a esta o de refer ncia mais pr xima de acordo com a posi o informada pelo usu rio utilizando a sua solu o de navega o SPP enviada na forma de registro GGA padr o NMEA para distribuir os dados de uma esta o a um usu rio Assim atua como esta o de refer ncia RTK DGPS t pica RTCM VRS Generator utilizado para gerar a VRS ele capaz de aplicar corre es de rede aos dados da esta o base iniciado diretamente abaixo do RTKNet ou DGPSNet Necessita da posi o enviada pelo usu rio para encontrar a esta o de refer ncia mais pr xima ao usu rio e a partir dos dados desta gerar a VRS para a posi o aproximada do usu rio 71 5 DESCRI O DA METODOLOGIA ADOTADA NESTA PESQUISA 5 1 Introdu o A metodologia adotada neste trabalho ser descrita neste capitulo Desta forma ser o apresentadas as esta es de refer ncia utilizadas e suas localiza es no contexto da rede GNSS_SP Tamb m ser o descritas as esta es utilizadas nos experimentos Na se o 5 2 s o apresentados os detalhes de funcionamento da metodologia utilizada para o posicionamento em rede utilizando conex o GPRS e o software adotado Os procedimentos a serem realizados para configurar o software e disponibilizar dados aos usu r

Integridade, disponibilidade e acurácia no posicionamento RTK e

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