Modelo ionosférico regional aplicado ao Sistema de Posicionamento Global – GPS

The positioning of points with the GPS system has become an important tool used in many different areas of knowledge. However, in some situations, the demand for great accuracies has caused the inconvenience of high cost when dual frequency receptors are purchased. Even with technological advances, the ionosphere is one of the error sources that affect the positioning of points. For users that have dual frequency equipments, this error is modeled with great efficiency through the processing of data with iono free solution. In Brazil, most users have equipments that gather information from the C/A code only, and/or from the C/A code and carrier L1. In this case, a few models are used, like the Klobuchar’s for example, with error reduction for absolute positioning of 50%, approximately. For relative positioning, with bases further than 20 km, the use of this model is not the most appropriate. In this context, this work consists in the development of a method that can model the ionospherical delay with a second degree polynomial, based on sequential adjustment of observations. The necessary information for this modeling was taken from GPS stations of the Brazilian Network for Continuous Monitoring - RBMC. Evenly, with Single Point Positioning, it has been proved that the offered model has lead to a positional error reduction of near 65% if compared to the processing without the use of any ionospherical model. Key words: Regional model, ionosphere, sequential adjustment, GPS.O posicionamento de pontos com o sistema GPS é uma ferramenta importante e aplicável nas mais diferentes áreas do conhecimento. No entanto, em algumas situações, a exigência de informações mais precisas e exatas levou à aquisição de receptores de dupla freqüência, que elevam os custos. Mesmo com os avanços tecnológicos, a ionosfera é uma das fontes de erro que mais afetam o posicionamento de pontos. Para os usuários que possuem equipamentos de dupla freqüência, este erro é modelado com grande eficiência por meio do processamento de dados com solução iono free. No Brasil, a maioria dos usuários possui equipamentos que captam informações apenas do código C/A e/ou código C/A e portadora L1. Neste caso, se faz uso de alguns modelos, como por exemplo, o de Klobuchar, com redução do erro nos posicionamentos absolutos de, aproximadamente, 50%. Contudo, nos posicionamentos relativos, com bases superiores a 20 km, a utilização deste modelo não é a mais indicada. Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método que possibilita modelar o atraso ionosférico por meio de um polinômio do segundo grau, baseado no ajustamento seqüencial das observações. As informações necessárias para esta modelagem são as fornecidas pelas estações GPS da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo - RBMC. Horizontalmente, por meio do método de posicionamento Single Point comprovou-se que o modelo proposto proporcionou uma redução no erro posicional de aproximadamente 65%, quando comparado com o processamento sem a utilização de nenhum modelo ionosférico. Palavras-chave: Modelo regional, ionosfera, ajustamento seqüencial, GPS

Modelo ionosférico regional aplicado ao Sistema de Posicionamento Global – GPS

The positioning of points with the GPS system has become an important tool used in many different areas of knowledge. However, in some situations, the demand for great accuracies has caused the inconvenience of high cost when dual frequency receptors are purchased. Even with technological advances, the ionosphere is one of the error sources that affect the positioning of points. For users that have dual frequency equipments, this error is modeled with great efficiency through the processing of data with iono free solution. In Brazil, most users have equipments that gather information from the C/A code only, and/or from the C/A code and carrier L1. In this case, a few models are used, like the Klobuchar’s for example, with error reduction for absolute positioning of 50%, approximately. For relative positioning, with bases further than 20 km, the use of this model is not the most appropriate. In this context, this work consists in the development of a method that can model the ionospherical delay with a second degree polynomial, based on sequential adjustment of observations. The necessary information for this modeling was taken from GPS stations of the Brazilian Network for Continuous Monitoring - RBMC. Evenly, with Single Point Positioning, it has been proved that the offered model has lead to a positional error reduction of near 65% if compared to the processing without the use of any ionospherical model. Key words: Regional model, ionosphere, sequential adjustment, GPS.O posicionamento de pontos com o sistema GPS é uma ferramenta importante e aplicável nas mais diferentes áreas do conhecimento. No entanto, em algumas situações, a exigência de informações mais precisas e exatas levou à aquisição de receptores de dupla freqüência, que elevam os custos. Mesmo com os avanços tecnológicos, a ionosfera é uma das fontes de erro que mais afetam o posicionamento de pontos. Para os usuários que possuem equipamentos de dupla freqüência, este erro é modelado com grande eficiência por meio do processamento de dados com solução iono free. No Brasil, a maioria dos usuários possui equipamentos que captam informações apenas do código C/A e/ou código C/A e portadora L1. Neste caso, se faz uso de alguns modelos, como por exemplo, o de Klobuchar, com redução do erro nos posicionamentos absolutos de, aproximadamente, 50%. Contudo, nos posicionamentos relativos, com bases superiores a 20 km, a utilização deste modelo não é a mais indicada. Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método que possibilita modelar o atraso ionosférico por meio de um polinômio do segundo grau, baseado no ajustamento seqüencial das observações. As informações necessárias para esta modelagem são as fornecidas pelas estações GPS da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo - RBMC. Horizontalmente, por meio do método de posicionamento Single Point comprovou-se que o modelo proposto proporcionou uma redução no erro posicional de aproximadamente 65%, quando comparado com o processamento sem a utilização de nenhum modelo ionosférico. Palavras-chave: Modelo regional, ionosfera, ajustamento seqüencial, GPS

Regional mapping of the Geoid Using GNSS (GPS) measurements and an artiticial neural network

The determination of the orthometric height from geometric leveling has practical difficulties that, despite a number of scientific and technological advances, passed a century without substantial modifications or advances. Currently, the Global Navigation Satellite System (GNSS) has been used with reasonable success for orthometric height determination. With a sufficient number of benchmarks with known horizontal and vertical coordinates, it is often possible to adjust using the least squares method mathematical expressions that allow interpolation of geoid heights. The objective of this study is to present an alternative method to interpolate geoid heights based on the technique of Artificial Neural Networks (ANNs). The study area is the Brazilian state of São Paulo, and for training the ANN the authors have used geoid height information from the EGM08 gravity model with a grid spacing of 10 minutes of arc. The efficiency of the model was tested at 157 points with known geoid heights distributed across the study area. The results were also compared with the Brazilian Geoid Model (MAPGEO2004). Based on those 157 benchmarks it was possible to verify that the model generated by ANNs provided a mean absolute error of 0.24 m in obtaining a geoid height value. Statistical tests have shown that there was no difference between the means from known geoid heights and geoid heights provided by the neural model for a significance level of 5%. It was also found that ANNs provided an improvement of 2.7 times in geoid height estimates when compared with the MAPGEO2004 geoid model

Análise da aplicação de receptor GPS de navegação no posicionamento relativo estático de linha-base curta

The conventional use of a GPS navigation receiver normally led to positions with metric accuracy, where the receiver makes use of C/A code pseudorange to realize the absolute positioning. In this case however, the GPS receiver does not store information from pseudorange and L1 carrier frequency, preventing the post-processing use of more precise positioning methods, such those of relative positioning. This paper presents a prototype able to collect and store the pseudorange on the L1 frequencies and the L1 carrier signal received by a GPS navigation receiver. The prototype is a low-cost alternative to the GPS positioning thanks the way it is designed. In it the computer applications after data acquisition are free and used to extract the information that came from the GPS satellites signals, storing them in a digital file. This file is processed in another free of charge application using RINEX format that permits to end the processing of data using the relative positioning method. The results of static relative positioning with short baselines using those data shows decimetric and centimetric quality when compared to those came from a topographic receiver and a geodesic mark with known coordinates. As a base station of relative positioning was used POAL station of RBMC (Brazilian Network of Continuous Monitoring), whose data are available free of charge by the IBGE (Brazilian Institute of Geography and Statistic). Key words: GPS, navigation receiver, relative positioning.O uso convencional de um receptor GPS de navegação possibilita obter posições com precisão métrica, no qual o receptor faz uso da pseudodistância (C/A) para realizar o posicionamento por ponto (absoluto) simples. Contudo, o receptor não armazena as informações provenientes da pseudodistância e da fase da onda portadora em L1, impossibilitando um processamento posterior com métodos mais precisos, como é o caso do posicionamento relativo. Este trabalho apresenta um protótipo capaz de coletar e armazenar as observações sobre aqueles dois parâmetros recebidos por um receptor GPS de navegação, com a vantagem de apresentar um custo mais baixo. Foi concebido para utilizar programas gratuitos, primeiro pelo uso de um aplicativo computacional gratuito que extrai as informações advindas dos sinais dos satélites GPS e, posteriormente a transformação dos dados para o formato RINEX, possibilitando realizar o processamento de dados pelo método de posicionamento relativo estático. Os resultados obtidos, com linhas-base curtas, e utilizando os dados do protótipo, chegaram a precisões decimétricas e centimétricas, quando comparados àqueles advindos de um receptor Topográfico e de um marco geodésico com coordenadas conhecidas. Como ponto base do posicionamento relativo foi utilizada a estação POAL da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo), cujos dados são disponíveis gratuitamente pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística). Palavras-chave: GPS, receptor de navegação, posicionamento relativo

Divulgação de dados ambientais e socioeconômicos na internet usando um modelo baseado no uso de ferramentas livres

The article presents a model based on the use of free tools aiming at the publication of socioeconomic and environmental data and dissemination of information on the internet. The structure of this model makes it possible to present information as tables, graphs, pictures or web maps. The choice of a particular presentation format is determined according to the goals of the developer. As a result of this work the user will create a virtual geographic database for the generation of static information and interactive web maps. The main tools used are the Spring geographic information system, MySQL relational database, PHP script and Apache HTTP server.Key words: Web mapping, free tools, Spring Web, Geographic Information System.Um modelo baseado no uso de ferramentas livres é apresentado, visando à publicação de dados socioeconômicos e ambientais e divulgação de informações na internet. A estrutura deste modelo permite que as informações sejam apresentadas sob a forma de tabelas, gráficos, fotos ou mapas para a web. A escolha de um determinado formato de apresentação da informação é determinada de acordo com os objetivos do desenvolvedor. Como resultado do trabalho, o usuário criará um banco de dados geográficos virtual para gerar informações estáticas e mapas interativos para a web. As principais ferramentas utilizadas foram o sistema de informações geográficas Spring, banco de dados relacional MySQL, PHP script e o servidor Apache HTTP.Palavras-chave: mapeamento via Web, ferramentas livres, Spring Web, Sistema de Informação Geográfica

An intensity recovery algorithm (IRA) for minimizing the edge effect of LIDAR data

The terrestrial laser scanner is an equipment developed for surveying applications and is also used for many other purposes due to its ability to acquire 3D data quickly. However, before intensity data can be analyzed, it must be processed in order to minimize the edge or border effect, one of the most serious problems of LIDAR’s intensity data. Our research has focused on characterizing the edge effect behavior as well as to develop an algorithm to minimize edge effect distortion automatically (IRA). The IRA showed to be effective recovering 35.71% of points distorted by the edge effect, providing significant improvements and promising results for the development of applications based on TLS data intensity to many studies

VISUALIZAÇÃO E INTERPRETAÇÃO DE MODELOS DIGITAIS DE AFLORAMENTOS UTILIZANDO LASER SCANNER TERRESTRE

O sistema LIDAR obtém nuvens de pontos georreferenciadas que podem ser convertidas em Modelos Digitais de Afloramentos (MDAs). A modelagem digital de afloramentos é uma técnica recente, que necessita de pesquisas para o desenvolvimento de procedimentos e ferramentas que permitam superar as dificuldades impostas pelo grande volume de dados e realizar interpretações geológicas diretamente no MDA de forma rápida e eficiente. Diante disso, o objetivo desse trabalho foi estabelecer uma sequência de métodos envolvendo a aquisição e o processamento de nuvens de pontos e a visualização e interpretação de feições geológicas em um MDA. O Afloramento Pedra Pintada, localizado em Caçapava do Sul-RS, foi imageado a partir de 7 estações e a nuvem totalizou 17 milhões de pontos, convertida em um MDA após processamento. Dificuldades nesse processo ocorreram em razão do grande volume de dados, da ausência de recursos de otimização de processamento e da limitação no gerenciamento de banco de dados. A estruturação de uma rede de apoio geodésica foi fundamental para que as nuvens de pontos estivessem associadas a um único referencial geodésico. A técnica de ortorretificação permitiu sobrepor fotografias de alta resolução do afloramento à nuvem de pontos, o que agregou qualidade na visualização, na identificação de feições geológicas e na interpretação do MDA. O desenvolvimento de aplicativos eficientes de visualização tridimensional, com ferramentas específicas de interpretação geológica, é a etapa subsequente da pesquisa. Isso permitirá a ampliação do uso dessa técnica para estudos geológicos e aumentará a qualidade dos dados obtidos de afloramentos. Palavras-chave: LIDAR; Ortorretificação, Visualização Tridimensional, Interpretação de Afloramentos; Pedra Pintada; Bacia do Camaquã

Proposal of a regional model for reduction of the systematic effects of the ionosphere through the sequential adjustment method

O posicionamento de pontos, com o sistema GPS, tornou-se uma ferramenta importante, aplicável nas mais diferentes áreas do conhecimento. No entanto, em algumas situações, a exigência de elevadas precisões trouxe a inconveniência de um custo elevado na aquisição de receptores de dupla freqüência. Mesmo com os avanços tecnológicos, a ionosfera é uma das fontes de erro que mais afetam o posicionamento de pontos. Para os usuários que possuem equipamentos de dupla freqüência, este erro é modelado com grande eficiência através do processamento de dados com solução iono free. No Brasil, a maioria dos usuários possui equipamentos que captam informações apenas do código C/A e/ou código C/A e portadora L1. Neste caso faz-se uso de alguns modelos, como, por exemplo, o de Klobuchar, com redução do erro nos posicionamentos absolutos de, aproximadamente, 50%. Nos posicionamentos relativos, com bases superiores a 20 Km, a utilização deste modelo não é a mais indicada. Neste contexto, este trabalho consiste no desenvolvimento de um método que possibilite modelar o atraso ionosférico através de um polinômio do segundo grau, baseado no ajustamento seqüencial de observações. As informações necessárias para esta modelagem são advindas das estações GPS da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo. Isto possibilita, em posicionamentos absolutos, determinar o atraso ionosférico de uma forma mais eficiente que o obtido pelo modelo de Klobuchar. Em posicionamentos relativos, para os usuários de equipamentos de simples freqüência, tal modelagem permite a geração de um código com características semelhantes ao código P2. Assim, com os dados gerados por receptores de uma freqüência, é possível processar vetores de bases longas por meio da solução iono free code. Os resultados obtidos indicam que tal metodologia pode ser uma alternativa eficiente para minimizar o efeito ionosférico no posicionamento de pontos com o sistema GPS. Horizontalmente, através dos métodos de posicionamento Single Point e relativo, respectivamente, o modelo ionosférico proposto proporcionou uma melhoria de 39% e 26% se comparado com o modelo de Klobuchar.Point positioning, with GPS, became an important tool applicable to the most different areas of the knowledge. However, in some situations, the requirement of high precisions brought the inconvenience of a high cost in the acquisition of dual receivers frequency. Despite of the technological advances, the ionosphere is one of the error sources that affect most point positioning. For users who have dual equipment frequency, this error is modeled with great efficiency through data processing with the ionosphere free solution. In Brazil the majority of the users has equipments that process C/A code information only and/or C/A code and L1 carrier. In this case it is necessary to use some models, for example the Klobuchar model, with error reduction of approximately 50% in absolute point positioning. In the relative positioning, with baselines longer than 20 Km, the use of this model is not indicated. Thus, this work consists in developing a method that makes possible to model the ionospheric delay using a second degree polynomial, based on sequential adjustment of observations. The necessary information for this modeling is obtained from GPS stations that compose the RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GPS). Thus it is possible to determine the ionospheric delay in a more efficient way in absolute positioning than when using the Klobuchar model. In relative positioning, for single frequency users, such modeling allows the generation of a code, with similar characteristics to the P2 code. Hence, with data generated by single frequencies, it is possible to process long base line vectors, using the iono free code solution. The results obtained indicate that such methodology can be an efficient alternative to minimize the ionospheric effect in the GPS point positioning. Horizontally, through the methods of positioning Single Point and relative, respectively, the ionospheric model considered provided an improvement of 39% and 26% if compared with the Klobuchar model