Strategy for Connecting to the IHRF: Case Study for the Tide Gauge of Cananeia-SP

In July 2018, IBGE launched the new heights of the Brazilian Geodetic System (BGS), the normal height, which has associated gravity. These new heights are replacing the old normal-orthometric ones, in which there was only the non-parallelism correction. The IBGE informs that the values farther from the origin, have less accuracy. This lower accuracy may interfere in the future, the connection of the local tide gauges to IHRF (International Reference Frame Height). Thus, this paper proposes the integration of the local tide gauge of Cananeia-SP to the IHRF. In order to validate the methodology, the normal, Helmert, and rigorous orthometric heights using two distinct references: the Imbituba-SC tide gauge, as the origin of the BGS and the Cananeia-SP tide gauge, as a local tide gauge to be integrated into the IHRF. Calculating the three heights through these two origins, we analyzed the discrepancies in comparison to the heights calculated by IBGE. Numerical tests indicate that there was an improvement in terms of a mean and standard deviation when using the Cananeia gauge as origin in the calculation of normal, Helmert, and rigorous heights. In the congruence analysis, the calculations indicate that the highest standard deviation is presented when using IBGE normal heights. Thus, we have a new origin that is reliable and functional, can be integrated with the IHRF, where the Helmert and rigorous orthometric heights have the best statistical results

A NEW PERSPECTIVE FOR PHYSICAL HEIGHTS IN BRAZIL

The physical heights definition of heights, proposed by Helmert in 1890 is one of the commonly used heights systems in practice. In Helmert’s definition, the mean value of gravity along plumbline is computed by simplifying the topography with a Bouguer shell containing masses with mean density value. Although this approximation might be accurate enough many purposes, a more rigorous definition can be determined by considering the effects of terrain, topographic mass density variation, and masses contained in the geoid the mean gravity value along the plumbline. The purpose of this paper is to compute the corrections for the Helmert’s definition of the orthometric heights to obtain the rigorous orthometric heights in the state of São Paulo and adjacent states and to evaluate these corrections. The heights system used in Brazil (until July 2018) and some South American countries is normal-orthometric heights, therefore the corrections needs to be applied accordingly. Our numerical results show that there are significant differences between the normal-orthometric and rigorous orthometric heights, with maximum values of ~ 0.4 m, minimum of ~ -0.8 m and mean value of ~ -0.32 m. There are larger differences between normal-orthometric and normal height than the ones between normal and rigorous definition of orthometric heights.The physical heights definition of heights, proposed by Helmert in 1890 is one of the commonly used heights systems in practice. In Helmert’s definition, the mean value of gravity along plumbline is computed by simplifying the topography with a Bouguer shell containing masses with mean density value. Although this approximation might be accurate enough many purposes, a more rigorous definition can be determined by considering the effects of terrain, topographic mass density variation, and masses contained in the geoid the mean gravity value along the plumbline. The purpose of this paper is to compute the corrections for the Helmert’s definition of the orthometric heights to obtain the rigorous orthometric heights in the state of São Paulo and adjacent states and to evaluate these corrections. The heights system used in Brazil (until July 2018) and some South American countries is normal-orthometric heights, therefore the corrections needs to be applied accordingly. Our numerical results show that there are significant differences between the normal-orthometric and rigorous orthometric heights, with maximum values of ~ 0.4 m, minimum of ~ -0.8 m and mean value of ~ -0.32 m. There are larger differences between normal-orthometric and normal height than the ones between normal and rigorous definition of orthometric heights

Positioning on analysis of the results of combining observable L1 GPS satellites and SBAS.

Os sistemas de aumento, conhecidos como SBAS (Satellite-Based Augmentation System) fornecem informações de integridade e acurácia em tempo real para seus usuários, utilizando-se das correções diferenciais que são transmitidas pelos satélites geoestacionários e estão disponíveis em algumas regiões do globo terrestre. Fora da sua região de abrangência o sistema ainda não disponibiliza os dados de correção em tempo real. Entretanto, o sinal é transmitido na mesma frequência L1 do GPS, o qual fica disponível aqui no Brasil, e alguns receptores GNSS possuem canais de frequência especifica que captam este sinal, com a perspectiva de que os dados destes satélites melhoram as condições do rastreio, além da melhoria na acurácia das coordenadas. Partindo deste princípio, foi utilizada a observável fase da onda portadora (L1) para inferir sobre a sua contribuição para o posicionamento. Os rastreios foram realizados em diferentes localidades devido à elevação dos satélites SBAS variar em função da latitude e longitude. Contudo, este estudo foi direcionado para os dados dos satélites PRN 138 (WAAS), PRN 120 e 124 (EGNOS), pois foram os únicos visíveis durante todo o rastreio, tendo simultaneidade dos dados entre os receptores base e móvel. Durante a etapa de processamento, o qual foi utilizado o software GNSS Solution, alguns experimentos foram realizados, tais como: 1) Processamento com todas as observáveis L1 dos satélites disponíveis (GPS e SBAS), análise dos desvios-padrão e comparação das coordenadas obtidas com as consideradas verdadeiras; 2) Processamento sem as observáveis L1 dos satélites SBAS, análises e comparações; 3) Retirada gradativa dos satélites GPS e reprocessamento em conjunto (GPS+SBAS) e separadamente (apenas GPS). A finalidade principal desses experimentos foi verificar a potencialidade da observável L1 dos satélites SBAS processadas em conjunto com a observável L1 do GPS, no posicionamento relativo. Análises estatísticas, como tendência e erro médio quadrático (RMS), foram aplicadas para verificar a existência de erros sistemáticos e a acurácia das coordenadas. Os resultados mostram que, especificamente nos locais de rastreio, as observáveis L1 dos satélites SBAS ao serem adicionados ao processamento, combinado com as observáveis L1 dos satélites GPS, não são determinantes para melhoria da acurácia das coordenadas.The augmentation systems, known as SBAS (Satellite-Based Augmentation System) provide information for completeness and accuracy in real time to its users, using the differential corrections that are transmitted by geostationary satellites. They are available in specific regions of the globe such as USA, Canada and Europe. Outside their region of coverage the system still does not provide the correction data in real time. However, the signal is transmitted at the same frequency L1 GPS, which is available here in Brazil, and some GNSS receivers have specific frequency channels that capture this signal, with the prospect that the data from these satellites improve the conditions of screening, besides improving the accuracy of the coordinates. With this assumption, we used the observed phase of the carrier wave (L1) to infer its contribution to the placement. The surveys were conducted in various locations due to rising SBAS satellites vary with latitude and longitude. However, this study was directed to the data from the WAAS satellites (PRN 138) and EGNOS (PRN 120 and 124) because they were the only visible throughout the screening taking simultaneity between the base and mobile receivers. During the processing stage, which was used the software GNSS Solution, some experiments were performed, such as: 1) Processing with all the L1 observable from available satellites (GPS and SBAS), analysis of standard deviations and comparison of the coordinates obtained with the true, 2) processing without observable L1 SBAS satellites, analysis and comparisons, 3) gradual withdrawal of the GPS satellites and reprocessing together (GPS + SBAS) and separately (GPS only). The main purpose of these experiments was to investigate the potential of the L1 observable processed SBAS satellites together with GPS L1 observable in the relative positioning. Statistical analysis such as trending and root mean square (RMS) were applied to verify the existence of systematic errors and accuracy of these coordinates. The results show that, specifically at sites of screening, the observables L1 SBAS satellites to be added to the processing, combined with the L1 observable GPS satellites, are not decisive for improving the accuracy of the coordinates

Update heights system of São Paulos state and applications in road infrastructure

Orientador: Jorge Luiz Alves TrabancoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: A metodologia aplicada nesta pesquisa está diretamente ligada a atualização do sistema altimétrico brasileiro, onde a vinculação destas altitudes é realizada através de redes monumentadas por toda extensão do território nacional, partindo-se com o nivelamento geométrico dos data de Imbituba-SC e Santana-AP, uma vez que a não proximidade destas referências verticais, insere distorções na rede altimétrica, reduzindo sua acurácia. Esta baixa acurácia interfere em obras de infraestrutura viária, principalmente as obras de arte especiais e estudos hidrológicos (a exemplo das orientações da agência nacional de águas para atualização das curvas cota x área x volume). Uma hipótese para a resolução deste problema é a definição de um novo ponto como referencial vertical local, ou seja, redefine-se o sistema de referência vertical pela modelagem das marés terrestre, oceânicas, nível médio do mar (NMM), geoidal, cálculo da superfície equipotencial local e por fim o cálculo das novas altitudes ortométricas rigorosa. Com isso atende-se a resolução da IAG e do SIRGAS para a definição e realização de um sistema referência para as altitudes. Dessa forma, esta pesquisa tem seu objetivo definir como datum vertical local o marégrafo de Caneneia. Os resultados do NMM, indicam que o nível médio vem aumentado de forma gradual e estável. Os modelos dos efeitos geodinâmicos que podem afetar diretamente a estação maregráfica foram analisados e quantificados mostrando a estabilidade do marégrafo. Ao analisar os valores obtidos para o W_(0 Local), vê-se a consistência e confiabilidade dos valores, quando feita a análise com o valor da superfície equipotencial global (W_0). A altitude ortométrica rigorosa, possui menor separação geoide/quase-geoide quando comparadas comas altitudes normal-ortométricas e ao se investigar a mesma separação entre as altitudes normais calculadas pelo IBGE e as calculadas nesta tese, os resultados numéricos indicam uma menor separação quando se utiliza as altitudes normal calculadas na tese utilizando-se Cananeia como origem. Por fim, as altitudes normais calculadas através de Imbituba e Cananeia tem-se uma melhora em termos de desvio-padrão quando se utiliza Cananeia como origem do sistema altimétricoAbstract: The methodology applied in this research is directly linked to the updating of the Brazilian height system, where the linkage of these heights is carried out through networks that are monumented throughout the national territory, starting with the geometric leveling of the date of Imbituba-SC and Santana-AP, since the non-proximity of these vertical references, inserts distortions in the height network, reducing its accuracy. This low accuracy interferes with road infrastructure works, especially the special works of art and hydrological studies (such as the guidelines of the national water agency to update curves x area x volume). A hypothesis for the solution of this problem is the definition of a new point as a local vertical reference, that is, the vertical reference system is redefined by the modeling of the terrestrial and oceanic tides, mean sea level (MSL), geoid, local equipotential surface and finally the calculation of the new rigorous orthometric height. This will meet the resolution of IAG and SIRGAS for the definition and implementation of a reference system for altitudes. Thus, this research has its goal set as a local vertical datum of the tide gauge Cananeia. The MSL results indicate that the mean level has been gradually and steadily increased. The geodynamic models of the effects that can directly affect the tide station were analyzed and quantified showing the stability of the tide gauge. When analyzing the values obtained for W_(0 Local),, we can see the consistency and precision of the values when the global equipotential surface value (W_0) was analyzed. The rigorous orthometric height has less geoid/quasi-geoid separation when compared to normal-orthometric heights and when investigating the same separation between the normal heights calculated by IBGE and those calculated in this thesis, numerical results indicate a smaller separation when used the normal heights calculated in the thesis using Cananeia as origin. Finally, the normal heights calculated through Imbituba and Cananeia have an improvement in terms of standard deviation when using Cananeia as the origin of the height systemDoutoradoTransportesDoutor em Engenharia Civil88881.132305/2016-01CAPE

Determinação preliminar do modelo de maré terrestre para Presidente Prudente/SP

A variação periódica do nível da crosta terrestre devido à influência das forças gravitacionais exercidas pelo Sol e pela Lua é denominada Maré Terrestre. Recentemente, os estudos dos diferentes tipos de maré têm se tornado mais importantes por sua aplicação na determinação precisa da órbita de satélites artificiais, na melhor determinação de medidas geodésicas e no estudo das propriedades elásticas da Terra. Este trabalho tem como objetivo determinar um modelo preliminar de Maré terrestre para Presidente Prudente/SP, utilizando dados gravimétricos coletados entre Maio e Dezembro de 2013. Softwares compatíveis com o gravímetro gPhone foram utilizados na análise dos dados e na determinação das componentes harmônicas. Realizaram-se comparações entre o modelo de maré terrestre e grupos de componentes Lunares e diurnas, concluindo-se que as principais componentes para geração do modelo de maré terrestre são as componentes O1, K1, M2 e S2. Por fim, observou-se que a não consideração da influencia da carga oceânica e do movimento do polo neste modelo de maré terrestre faz com que ele apresente uma discrepância de até 4 µGals, ou 1.33cm em sua componente vertical, diferença esta considerada expressiva e que torna este modelo interessante somente para fins educacionais

Análise comparativa das coordenadas no Sistema Geodésico Local e no Sistema Topográfico Local

Uma das atividades importantes dos profissionais em Geodésia consiste nas transformações entre sistemas de coordenadas e, dependendo da finalidade, deve-se recorrer a um ou outro sistema. Os sistemas de coordenadas locais possibilitam maior precisão na implantação de obras de engenharia e nos trabalhos cadastrais, dentre os quais destaca-se o Sistema Topográfico Local, adotado em levantamentos municipais para fins de cadastro, conforme a NBR 14166/98, e o Sistema Geodésico Local, aplicado quando no georreferenciamento de imóveis rurais, de acordo com o Manual Técnico de Posicionamento da NTGIR (INCRA, 2013a). Com o objetivo de realizar uma análise comparativa das coordenadas obtidas nos dois sistemas de coordenadas tridimensionais locais, adotou-se, como objeto de estudo, vinte e oito marcos localizados no IFSULDEMINAS e uma estação geodésica homologada pelo IBGE, os quais tiveram suas coordenadas geodésicas obtidas por meio do posicionamento por GNSS, com os métodos relativo estático e estático rápido. Conclui-se, a partir das coordenadas locais obtidas e das comparações pontuais, lineares e de superfície realizadas, que ambos os sistemas apresentam uma divergência pequena, contudo significativa, o que faz com que os mesmos não sejam considerados equivalentes e, desse modo, a aplicabilidade de cada um deve obedecer às exigências das normas técnicas

Separation Between Geoid and Quasi-Geoid: Analysis of the Differences Between Normal-Orthometric and Rigorous Orthometric Heights

The orthometric and normal heights are the two altitude systems most used in the practical realization of the local and national vertical geodesic data. The main difference between these two concepts is that the actual mean gravity along the plumb line between the geoid and the topographic surface theoretically defines the orthometric heights, as well as the normal mean gravity along the plumb line between the reference ellipsoid and teluroid is used in the definition of normal heights. In the Brazilian geodetic system, only a correction of non-parallelism is applied, resulting in the normal-orthometric heights. The objective of this work is to calculate the separation between geoid and quasi-geoid obtained through the systems of normal-orthometric and rigorous orthometric heights. By means of numerical tests, it was observed that the separation is greater when using the brazilian system with values between -0.5 and 0.5 meters. On the other hand, by using the new rigorous heights, the average gravity along the long plumb line is evaluated, taking into account the variations of topographic densities and masses above the geoid, the values are smaller, being inthe range of -0.05 to 0.2 meters. It can be said that the r

Influência da carga hídrica na altitude geométrica da estação RBMC de Inconfidentes/MG

Há diversos métodos para a realização do posicionamento com o GNSS, dentre elas encontra-se o PPP, que na atualidade, é um método de posicionamento, que vislumbra como uma grande potencialidade para obtenção de coordenadas com um alto nível de qualidade, utilizando apenas um receptor. Podendo assim, ser utilizado em aplicações precisas, como a geodinâmica, especificamente em monitoramento da crosta terrestre. O presente trabalho tem como objetivo a análise da influência da carga hídrica na altitude geométrica obtida através do processamento PPP da estação da rede de monitoramento contínuo, denominada MGIN. Nestas análises utilizaram-se dados de temporada de seca e cheia do Rio Mogi-Guaçu e dados de altitude geométrica. A relação entre estes dados mostrou as implicações da carga hídrica sobre as altitudes geométricas, acentuando o soerguimento da crosta. Estes deslocamentos da crosta causados pela influência hídrica, afetam de forma direta as estações GNSS. Isto implica que mesmo com uma distância de 484 metros e uma diferença de nível de 35 metros do rio, o carregamento hídrico influência diretamente na altitude geométrica