INVESTIGAÇÕES SOBRE APLICAÇÕES DE ALTA PRECISÃO DO GPS NO ÂMBITO MARINHO

No âmbito marinho, muitas têm sido as técnicas utilizadas para o posicionamento de uma embarcação. Inicialmente, o homem recorreu à navegação astronômica ou a método expeditos. Com o avanço das ciências e da tecnologia, novos equipamentos e métodos foram sendo desenvolvidos, possibilitando melhorar a precisão para esses posicionamentos. Desde 1985, o sistema de navegação por satélites GPS (Global Positioning System) vem sendo utilizado nessa área e se tornou muito atraente, em função das suas propriedades predominantes: disponibilidade contínua, fácil aplicação e independência em relação às condições meteorológicas. O presente trabalho verifica as soluções de alta precisão com a entrada do uso do GPS no ambiente marinho. Isso é realizado em duas áreas distintas: Mar do Norte (Alemanha) e Ponta do Poço (Brasil). Busca-se também, desenvolver um estudo geodésico na área compreendida entre a Ponta de Embarque para a Ilha do Mel e a Ponta do Poço, obtendo informações que servirão de referência para todos os demais projetos a serem lá desenvolvidos. Os dados coletados no levantamento do Mar do Norte, com a embarcação oceanográfica WEGA e os receptores Ashtech Z-XII foram processados com o programa GEONAP. As diferenças entre as trajetórias obtidas, utilizando estações de referência situadas a aproximadamente 27 km, e outra, a aproximadamente 200 km foram inferiores a 7 cm para as coordenadas R; para as coordenadas H, inferiores a 18 cm e, inferiores a 20 cm, para as altitudes. Na área da Ponta do Poço, utilizou-se a embarcação GEO, com diferentes estações de referência e receptores Ashtech Z-XII para coleta de dados, visando analisar a solução precisa DGPS. Esses dados também foram processados com o programa GEONAP. Constatou-se uma precisão relativa satisfatória para a estação de referência situada próxima à embarcação (16km), porém, para a estação, distante aproximadamente 90km da embarcação e apresentando uma diferença de nível em torno de 920m, essa não foi satisfatória. Para ambos os levantamentos,foram realizadas investigações sobre aplicações de alta precisão do GPS nesses ambientes marinhos. Foram verificadas as conseqüências da introdução de certos parâmetros; a remoção de satélites; a resolução das ambigüidades utilizando a portadora L1; e outros. Essas análises são importantes para se alcançar a precisão almejada pelo PDGPS com segurança. A utilização do GPS para a detecção das variações da linha de costa na área erosiva da Ponta do Poço é descrita neste trabalho. Pode-se verificar a sua praticabilidade além da viabilidade em função da precisão relativa alcançada. Mediante a conexão entre os sistemas GPS e ecobatimétrico, efetou-se perfis batimétricos na área compreendida entre a Ponta de Embarque para a Ilha do Mel e a Ponta do Poço, obtendo-se resultados com precisões melhores às preconizadas pela Organização Internacional de Hidrografia. Investigation on Higly Precise Applications of GPS in Marine Environment Abstract Several techniques have been used for vessel positioning within marine environment. In the beginning, men took advantage of astronomical navigation or other expeditious methods. With science and technology progress, new methods and equipment were developed, making positioning precision improvement possible. Since 1985, GPS has been used in this area, for its predominant properties: continuous availability, easy application and independence in relation to meteorological conditions. This thesis checks highly accurate solutions with application of GPS in marine environment. The work was carried out in two different places: the Northern Sea (Europe) and in "Ponta do Poço" (Brazil). We also developed geodesic work in the area stretching from "Ilha do Mel" to "Ponta do Poço". The obtained information will serve as reference to other projects to be developed in this area. The Northern Sea survey was carried out when sailing the WEGA oceanographic vessel and using Ashtech Z-XII receivers. After that, the collected data were processed in the GEONAP software. Discrepancies between the two achieved courses were found when using two different reference stations (one at about 27 km and another one at about 200 km). The difference was less than 7 cm, 18 cm and 20 cm in the R, H and height components respectively. The "Ponta do Poço" survey was carried out by sailing the GEO vessel and using different reference stations and Ashtech Z-XII receivers so as to collect data, in the accurate DGPS solution. These data were also processed in the GEONAP software. Relatively satisfactory accuracy for the reference station located close to the vessel (16 km) was observed. On the other hand, the station (90 km) which was farther than the first one showed a height difference next to 920 meters, which was not good enough. Investigations about high GPS precision applications were made. The consequence of the introduction of some parameters, satellite removal, ambiguity resolution with L1 and others was noticed. These analyses were very important for someone to obtain PDGPS precision. In this thesis, we also describe the use of GPS for the detection of coastline variation in the erosive area of "Ponta do Poço". This use proved to be practical and feasible due to the relative precision which can be obtained when using GPS. Having found a connection between GPS and echosounder systems, bathymetric profiles were done in the area stretching from the headland for vessels to the "Ilha do Mel" and "Ponta do Poço". Higher precision than the ones recommended by the International Hydrographic Organization were achieved

INTEGRAÇÃO DO GPS E DA ECOBATIMETRIA

RESUMO No âmbito marinho, muitas têm sido as técnicas utilizadas para o posicionamento de uma embarcação. Inicialmente, o homem recorreu à navegação astronômica ou a métodos expeditos. Com o avanço das ciências e da tecnologia, novos equipamentos e métodos foram sendo desenvolvidos, possibilitando melhorar a precisão para esses posicionamentos. Desde 1985, o sistema de navegação por satélites GPS (Global Positioning System) vem sendo utilizado nessa área e se tornou muito atraente, em função das suas propriedades predominantes: disponibilidade contínua, fácil aplicação e independência em relação às condições meteorológicas. O presente trabalho mostra a utilização do GPS, a sua conexão com o sistema ecobatimétrico e os cuidados a serem adotados. Abstract Through out the years several techniques have been used for navigation in marine environment. At the beginning of the history of navigation astronomy provided the means to measure latitude and azimute. Later, with the development of clocks, longitude determination became feasible. The most recent and revolutionary development on navigation was made by NAVSTAR-GPS, making continuous positioning possible at any weather conditions, any time and anywhere on Earth. This paper shows applications of NAVSTAR-GPS in sensor navigation

Investigações sobre aplicações de alta precisão do GPS no ambito marinho

Orientadores: Gunther Seeber e Milton de Azevedo CamposTese (doutorado) - Universidade Federal do ParanaResumo: No âmbito marinho, muitas tem sido as técnicas utilizadas para o posicionamento de uma embarcação. Inicialmente, o homem recorreu a navegação astronômica ou a método expeditos. Com o avanço das ciências e da tecnologia , novos equipamentos e métodos foram sendo desenvolvidos, possibilitando melhorar a precisão para esses posicionamentos. Desde 1985, o sistema de navegação por satélites GPS (Global Positioning System) vem sendo utilizado nessa área e se tomou muito atraente, em função das suas propriedades predominantes: disponibilidade continua, fácil aplicação e independência em relação as condições meteorológicas. O presente trabalho verifica as soluções de alta precisão com a entrada do uso do GPS no ambiente marinho. Isso e realizado em duas áreas distintas: Mar do Norte (Alemanha) e Ponta do Poço (Brasil). Busca-se, também, desenvolver um estudo geodésico na área compreendida entre a Ponta de Embarque para a Ilha do Mel e a Ponta do Poço, obtendo informações que servirão de referencia para todos os demais projetos a serem lá desenvolvidos. Os dados coletados no levantamento do Mar do Norte, com a embarcação oceanográfica WEGA e os receptores Ashtech Z-XII, foram processados com o programa GEONAP. As diferenças entre as trajetórias obtidas, utilizando estações de referencia situadas a aproximadamente 27 km e outra, a aproximadamente 200 km, foram inferiores a 7 cm para as coordenadas R; para as coordenadas H, inferiores a 18 cm e, inferiores a 20 cm, para as altitudes. Na área da Ponta do Poço, utilizou-se a embarcação GEO, diferentes estações de referencia e receptores Ashtech Z-XII para coleta de dados, visando analisar a solução precisa DGPS. Esses dados também foram processados com o programa GEONAP. Constatou-se uma precisão relativa satisfatória para a estação de referencia situada próxima a embarcação (16km), porem, para a estação, distante aproximadamente 90km da embarcação e apresentando uma diferença de nível em tomo de 920m, essa não foi satisfatória. Realizou-se, para ambos os levantamentos, investigações sobre aplicações de alta precisão do GPS nesses ambientes marinhos. Verificou-se, as consequências da introdução de certos parâmetros; a remoção de satélites; a resolução das ambiguidades utilizando a portadora L I; e outros. Essas analises são importantes para se alcançar a precisão almejada pelo PDGPS com segurança. A utilização do GPS para a detecção das variações da linha de costa na área erosiva da Ponta do Poço e descrita neste trabalho. Pode-se verificar a sua praticabilidade, alem da viabilidade em função da precisão relativa alcançada. Mediante a conexão entre os sistemas GPS e ecobatimetrico, efetou-se perfis batimetricos na área compreendida entre a Ponta de Embarque para a Ilha do Mel e a Ponta do Poço, obtendo-se resultados com precisões melhores as preconizadas pela Organização Internacional de Hidrografia.Abstract: Several techniques have been used for vessel positioning within marine environment. In the beginning, men took advantage of astronomical navigation or other expeditious methods. With science and technology progress, new methods and equipment were developed, making positioning precision improvement possible. Since 1985, GPS has been used in this area, for its predominant properties: continuous availability, easy application and independence in relation to the meteorological conditions. This thesis checks highly accurate solutions with application o f GPS in marine environment. The work was carried out in two different places: the Northern Sea (Europe) and in "Ponta do Poco" (Brazil). We also developed geodesic work in the area stretching from "Ilha do Mel" to "Ponta do Poco". The obtained information will serve as reference to other projects to be developed in this area. The Northern Sea survey was carried out when sailing the WEGA oceanographic vessel and using Ashtech Z-XII receivers. After that the collected data were processed in the GEONAP software. Discrepancies between the two achieved courses were found when using two different reference stations (one at about 27 km and another one at about 200 km). The difference was less than 7 cm, 18 cm and 20 cm in the R, H and height components respectively. The "Ponta do Poco" survey was carried out by sailing the GEO vessel and using different reference stations and Ashtech Z-XII receivers so as to collect data, in the accurate DGPS solution. These data were also processed in the GEONAP software. Relatively satisfactory accuracy for the reference station located close to the vessel (16 km) was observed. On the other hand, the station (90 km) which was farther than the first one showed a height difference next to 920 meters, which was not good enough. Investigations about high GPS precision applications were made. The consequence of the introduction of some parameters, satellite removal, ambiguity resolution with Lt and others was noticed. These analyses were very important for someone to obtain PDGPS precision. In this thesis we also describe the use of GPS for the detection of coastline variation in the erosive area of "Ponta do Poco". This use proved to be practical and feasible due to the relative precision which can be obtained when using GPS. Having found a connection between GPS and echosounder systems, bathymetric profiles were done in the area stretching from the headland for vessels to the "Ilha do Mel" and "Ponta do Poco". Higher precision than the ones recommended by the International Hydrographic Organization were achieved

Posicionamento cinemático de trens

Orientadores: Milton de Azevedo Campos, Gunter SeeberDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ParanáInclui notasInclui notasResumo: 0 presente trabalho refere-se ao posicionamento cinemático de trens em tempo real utilizando o sistema DGPS. Verificou-se a funcionalidade do mesmo, a fim de uma futura atualização do sistema operacional de controle ferroviário. Para o seu desenvolvimento contou-se com o apoio da Rede Ferroviária Federal S/A - Superintendência Regional de Curitiba (SR5), Universidade Federal do Paraná e Universidade de Hannover - IFE.Abstract: This paper relates about kinematic positioning of trains in real time using differential global positioning system (DGPS). It was verified the operationallity of this method looking for a future atualization of the monitoring railway system. The development of this survey was supported by Rede Ferroviária Federal - Superintendência Regional de Curitiba (SR-5), Universidade Federal do. Paraná e Universidade de Hannover - IFE

Experiences about the obtained accuracy on the point positioning using smoothed pseudoranges

A finalidade deste trabalho é verificar a acurácia obtida no posicionamento absolutoquando se utilizam pseudodistâncias suavizadas pela fase da onda portadora. Paraalcançar esse objetivo, um algoritmo de suavização foi implementado em umprograma computacional, onde os resultados obtidos foram analisadosestatisticamente por meio do teste qui-quadrado e pelos desvios médios de cadaamostra. Outros dois experimentos foram realizados para analisar a acurácia doposicionamento absoluto, quando são empregadas as observáveis originais (códigoC/A) e as suavizadas pela onda portadora L1. Os levantamentos de campo foramrealizados sobre as estações RM03 e CANG, e as observações foram coletadas comreceptores Ashtech-Z12 e Trimble 4000 SSi, com uma taxa de coleta de dados de 5segundos. Um dos experimentos tinha por objetivo avaliar os resultados obtidospelo programa desenvolvido. Para um conjunto de amostras foram comparados osvalores suavizados gerados pelo próprio receptor com os calculados pelo algoritmo,e os resultados foram testados pelo qui-quadrado. Verificou-se que apenas 52% dasamostras não foram rejeitadas pelo teste a um nível de confiança de 95%. Para cadaépoca de observação foram calculados desvios, resultantes da diferença entre osvalores gerados pelo receptor e os calculados pelo algoritmo, e um valor médio paracada amostra. Os resultados mostraram que 70% das amostras apresentaram desvios médios inferiores a 40 cm. Outros dois experimentos foram conduzidos com opropósito de analisar a acurácia do posicionamento absoluto. Foram utilizadas asobservações das estações RM03 e CANG, e os resultados de acurácia mostraramque os posicionamentos que utilizaram pseudodistâncias suavizadas pela ondaportadora L1 foram mais precisos que aqueles que empregaram as pseudodistânciasoriginais.The goal of this work is to check the obtained accuracy on the point positioningwhen smoothed pseudoranges used by the carrier phase. In order to reach this goal,a smoothing algorithm was implemented in a computer program, in which theresults were statistically analyzed through the chi square test and through theaverage deviation of each sample. Two other experiments were made to analyze theaccuracy of the point positioning, when the original pseudorange (from C/A code)and the pseudorange smoothed by the carrier phase (L1) are used. The field surveywas carried out on the RM03 and CANG stations, and the observations werecollected from Ashtech-Z12 and Trimble 4000 SSi receivers in a 5 secondcollecting rate. One of the experiments had as a goal to evaluate the results obtainedby the developed program. One set of samples had the smoothed values generatedby the receiver itself compared to the ones calculated by the algorithm and theresults were tested by the chi square test. We noticed that only 52% of the samplesweren’t rejected by the test at a 95% confidence level. Every observation epoch hada deviation value, resulting from the difference between the values generated by thereceiver and the calculated by the algorithm, calculated for every sample. Theresults show that 70% of the samples had average deviation under 40 cm. Other twoexperiments were held in order to analyze the accuracy of the point positioning. Theobservations from the RM03 and CANG stations were used and the accuracy resultsshowed that the positioning that used the pseudoranges smoothed by the carrierphase (L1) were more accurate than those that used the original pseudoranges

APLICAÇÃO DE REDUÇÕES BATIMÉTRICAS GPS EM LEVANTAMENTOS HIDROGRÁFICOS

The need of integration between bathymetric data and vertical ashore information is increasing. From this perspective, several solutions are presented for the adoption of a Global Vertical Reference, stable enough to overcome the problems arising from the spatial and temporal variation of the Chart data. The advent of GNSS (Global Navigation Satellite Systems)  technology has directly contributed to this effect, showing an improvement in the accuracy of their position solutions, thus opening the possibility for vertical control of hydrographic surveys by using high precision GPS methods. Following this global trend, a test application of the tidal reduction through GPS was performed for the first time in Brazil, in Guanabara Bay (RJ). This work discusses the main advantages of GPS for vertical control, such as the elimination of errors arising from the vertical dynamic changes of draft and heave effect, and its application in survey, in accordance with the  international quality, and the possibility of removing ashore tide gauges during conventional surveys.É cada vez maior a necessidade de integração de dados batimétricos com informações altimétricas em terra. Sob esta ótica são apresentadas soluções para a adoção de um Referencial Vertical Global, estável o suficiente para suplantar os problemas decorrentes da variação espacial e temporal dos  data batimétricos. O advento das técnicas e sistemas GNSS (Global Navigation Satellite Systems) tem contribuído diretamente neste sentido, apresentando uma melhoria constante das acurácias de suas soluções de posição, abrindo a possibilidade de controle vertical de levantamentos hidrográficos através de métodos GPS de alta precisão. Acompanhando esta tendência mundial, foi  realizado um teste de aplicação da metodologia de reduções batimétricas GPS, pela primeira vez no Brasil, na Baía de Guanabara (RJ). São discutidas as principais vantagens do controle vertical por GPS, tais como a eliminação dos erros verticais decorrentes das variações dinâmicas de calado e efeito  heave, assim como sua aplicação em levantamentos hidrográficos, à luz das recomendações internacionais de qualidade, e a possibilidade da eliminação das observações maregráficas convencionais durante os levantamentos

APLICAÇÃO DE REDUÇÕES BATIMÉTRICAS GPS EM LEVANTAMENTOS HIDROGRÁFICOS

The need of integration between bathymetric data and vertical ashore information is increasing. From this perspective, several solutions are presented for the adoption of a Global Vertical Reference, stable enough to overcome the problems arising from the spatial and temporal variation of the Chart data. The advent of GNSS (Global Navigation Satellite Systems)  technology has directly contributed to this effect, showing an improvement in the accuracy of their position solutions, thus opening the possibility for vertical control of hydrographic surveys by using high precision GPS methods. Following this global trend, a test application of the tidal reduction through GPS was performed for the first time in Brazil, in Guanabara Bay (RJ). This work discusses the main advantages of GPS for vertical control, such as the elimination of errors arising from the vertical dynamic changes of draft and heave effect, and its application in survey, in accordance with the  international quality, and the possibility of removing ashore tide gauges during conventional surveys.É cada vez maior a necessidade de integração de dados batimétricos com informações altimétricas em terra. Sob esta ótica são apresentadas soluções para a adoção de um Referencial Vertical Global, estável o suficiente para suplantar os problemas decorrentes da variação espacial e temporal dos  data batimétricos. O advento das técnicas e sistemas GNSS (Global Navigation Satellite Systems) tem contribuído diretamente neste sentido, apresentando uma melhoria constante das acurácias de suas soluções de posição, abrindo a possibilidade de controle vertical de levantamentos hidrográficos através de métodos GPS de alta precisão. Acompanhando esta tendência mundial, foi  realizado um teste de aplicação da metodologia de reduções batimétricas GPS, pela primeira vez no Brasil, na Baía de Guanabara (RJ). São discutidas as principais vantagens do controle vertical por GPS, tais como a eliminação dos erros verticais decorrentes das variações dinâmicas de calado e efeito  heave, assim como sua aplicação em levantamentos hidrográficos, à luz das recomendações internacionais de qualidade, e a possibilidade da eliminação das observações maregráficas convencionais durante os levantamentos

Employment of Free Packages for MT-InSAR Approaches to Verify the Subsidence Event over Maceió City, Brazil

Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar (PSInSAR) technique employs a Multi-Temporal InSAR (MT-InSAR) approach to accurately measure subsidence. This technique, a type of Differential Interferometry (DInSAR), mitigates errors that traditional DInSAR techniques cannot, including temporal and geometric decorrelation, and phase unwrapping errors. In order to verify the subsidence process in the Pinheiro neighborhood of Maceio - Brazil following a 2018 earthquake, we tested free processing packages such as SNAP-StaMPS integration. Our investigation was conducted in two stages: first, using a stack of Sentinel-1A SLCSAR (Single Look Complex-SAR) images acquired before and after the earthquake, and second, using more recent images to determine if the subsidence process is ongoing. Results from the first stage identified the area affected by subsidence and the second stage confirmed the continued presence of subsidence events. From 2017 to 2018, the subsidence process exhibited the highest displacement amplitude of -32.3 mm/year, whereas, between 2021 and 2022, the amplitude decreased to -24.09 mm/year, indicating a deceleration in the subsidence process

ANÁLISE DOS MÉTODOS DE POSICIONAMENTO E DOS PARÂMETROS DEFINIDORES DA QUALIDADE DE UM LEVANTAMENTO BATIMÉTRICO

O método de posicionamento a ser empregado em um levantamento batimétrico algumas vezes é questionado, quanto a sua precisão horizontal e vertical. De forma geral, tem sido utilizado nesses levantamentos o posicionamento da embarcação por meio do GPS Diferencial (DGPS). Mediante consulta de literatura, poucas investigações no que concerne à precisão e acurácia destes métodos têm sido realizadas principalmente quando tais levantamentos ocorrem em reservatórios. Dessa forma, o presente trabalho teve como intuito verificar as precisões e acurácias para o posicionamento da embarcação por meio dos métodos DGPS, Posicionamento por Ponto Preciso (PPP) e de Posicionamento Relativo Cinemático (MPRC). Todos os resultados gerados neste trabalho foram inseridos em um Sistema de Informação Geográfica (SIG), no qual foi observado que o resultado mais preciso foi obtido pelo MPRC. No entanto, também é possível utilizar o serviço online do IBGE-PPP para processar os dados para o posicionamento da embarcação obtendo uma precisão inferior ao metro. Conclui-se que todos os métodos investigados para o posicionamento da embarcação atenderam as especificações da Resolução Conjunta ANEEL/ANA nº 03, de 10 de agosto de 2010 (BRASIL, 2010). Contudo, é importante que o usuário atenda aos requisitos mínimos necessários para cada método de posicionamento