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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS NÚCLEO DE GEOPROCESSAMENTO

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Presentation Transcript

  1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS NÚCLEO DE GEOPROCESSAMENTO SISTEMAS DE REFERÊNCIA e CARTOGRAFIA Ngeo

  2. SISTEMAS DE REFERÊNCIA

  3. SISTEMAS DE REFERÊNCIA: Utilizados para definir a posição de entes na superfície da Terra ou no espaço. Na superfície da Terra são utilizados os Sistemas de Referência Terrestres ou Geodésicos, associados a superfícies que mais se aproximam da forma da Terra. BRASIL: Sistema Geodésico Brasileiro – SGB mais de 6.000 pontos distribuídos por todo o território brasileiro, incluindo rede ativa e rede passiva.

  4. Geóide versus Elipsóide • Geóide - Superfície de mesmo potencial gravitacional (equipotencial) melhor adaptada ao nível médio do mar. • Elipsóide • Modelo matemático que define a superfície da Terra.

  5. Geóide versus Elipsóide Elipsóide Geóide

  6. Elementos da elipse a= semi-eixo maiorb= semi-eixo menor f = achatamento = (a-b)/a • Parâmetros mais freqüentes: “a” e “1/f” b Semi- eixo menor a Semi- eixo maior

  7. Semi-eixo maior Elipse 3D: um Elipsóide • Elipse rotacionada em torno do semi-eixo menor (polar) para obter um elipsóide 3D • Semi-eixo maior: eixo equatorial Semi-eixo menor

  8. SISTEMAS DE COORDENADAS UTILIZADOS EM GEODÉSIA CARTESIANAS: X, Y, Z GEODÉSICAS (OU ELIPSOIDAIS): Latitude = φ Longitude = λ Altitude Elipsoidal ou geométrica = h ou Altitude Ortométrica = H PLANAS (UTM) Norte = N Este = E

  9. Sistema Earth-Centered, Earth Fixed ECEF Z Z = Eixo Polar médio • Centro de massa da Terra Y X = Meridiano de origem Eixo X no plano do Equador Y = Longitude 90º E Eixo Y no plano do Equador X

  10. Coordenadas Cartesianas e Geodésicas P Z Coord. Ponto “P” X, Y, Z ou Lat, Long, Alt Elips. Meridiano de Greenwich h Elipsóide de Referência z Z  y X Y  x Y X Meridiano em “P”

  11. Superfícies de trabalho • Um Datum é definido através de 8 elementos: • Posição da rede (3 elementos) • Orientação da rede (3 elementos) • Parâmetros do elipsóide (2 elementos) Elipsóide Norteamericano América do Norte Elipsóide Sulamericano América do Sul Geóide Na definição de “Datum(s)” (Data) locais é mais desejável um ajustamento regional que um global

  12. Datum Um ponto pode ter diferentes coordenadas, dependendo do Datum usado x

  13. ELIPSÓIDES NO BRASIL

  14. O Elipsóide de Hayford foi adotado em: • CÓRREGO ALEGRE (MG) • LA CANOA (Venezuela) (PSAD/56) • ASTRO CHUÁ (MG) ATUALMENTE (CONCOMITANTE COM O SIRGAS ATÉ 2015) Datum Horizontal = CHUÁ (MG) Elipsóide = SAD/69 – (SOUTH AMERICAN DATUM OF 1969)

  15. PARÂMETROS DO SAD/69 (Datum CHUÁ) • Elipsóide Internacional de 1967 – UGGI 67 •  = 19o45’41,6527” S • = 48o06’04,0639” W N = 0 • AG = 271o30’04,05” (Chuá – Uberaba) • a = 6.378.160,00 • f = 1/298,25 • H = 763,28 m

  16. VÉRTICE CHUÁ – SAD/69

  17. VÉRTICE CHUÁ – SAD/69

  18. Z (WGS) X (WGS) SAD-69 vs. WGS-84 Z (SAD) Y (WGS) Y (SAD) X (SAD) SAD-69 --> WGS-84 (IBGE): TX= -66,87 m TY= 4,37 m TZ= -38,52 m

  19. WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 WGS/84 Utilizado pelo Sistema de Posicionamento Global - GPS Elipsóide: GRS-80 Modelo gravitacional EGM96 (G873) Achatamento f = 1/298,257223563 Semi-eixo maior a = 6.378.137 m Origem: Centro de massa da Terra

  20. SISTEMA DE REFERÊNCIA GEOCÊNTRICO PARA AS AMÉRICAS SIRGAS Sistema Geodésico de Referência: Sistema de Referência Internacional – ITRS Fig. Geométrica p/ Terra: Elipsóide do Sistema Geodésico de Referência de 1980 – GRS80 Semi-eixo maior a = 6.378.137 m Achatamento f = 1/298,257222101 Origem: Centro de massa da Terra Orientação: Pólos e meridiano de referência consistentes em ± 0,005” com as direções definidas pelo BIH em 1984,0

  21. SISTEMA DE REFERÊNCIA GEOCÊNTRICO PARA AS AMÉRICAS - SIRGAS Estações de Referência: 21 estações da rede continental SIRGAS 2000 estabelecidas no Brasil (v. IBGE) Época de referência das coordenadas: 2000,4 Velocidade das estações: para altas precisões considerar variações provocadas pelos deslocamentos da placa tectônica da América do Sul (v. www.ibge.gov.br/sirgas)

  22. PRINCIPAIS PARÂMETROS DO GRS80 GEODETIC REFERENCE SYSTEM 1980, adotado pela Associação Geodésica Internacional (IAG) em 1979 Raio equatorial da Terra a = 6.378.137 m Constante gravitacional geocêntrica (incluindo a atmosfera) GM = 3986005.188 m3s-2 Fator de forma dinâmico (excluindo marés permanentes) J2 = 108263.10-8 Velocidade angular da Terra w = 7292115.10-11 rad s-1

  23. PRINCIPAIS PARÂMETROS DO GRS80 Parâmetros Geométricos derivados: Semi-eixo menor (raio polar) b = 6.356.752,3141m Primeira excentricidade e2 = 0,00669438002290 Achatamento f = 1:298,257222101 Raio médio R1= 6.371.008,7714 m Raio da esfera com mesma superfície R2 = 6.371.007,1810 m Raio da esfera com mesmo volume R3 = 6.371.000,7900 m

  24. PRINCIPAIS PARÂMETROS DO GRS80 Parâmetros físicos derivados: Potencial normal ao elipsóide U0 = 62.636.860,850 m2s-2 Gravidade normal no Equador ge = 9,7803267715 m s-2 Gravidade normal nos Polos gP = 9,8321863685 m s-2

  25. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE REFERÊNCIA UTILIZADOS NO BRASIL Sistema Clássico: Datum astro-geodésico horizontal (DGH) Escolha de um elipsóide e ajustamento (topocêntico) Densificação da rede: triangulação poligonação trilateração Rede altimétrica independente

  26. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE ….. ERA ESPACIAL: (semelhante ao clássico: definição e materialização) Sistemas geocêntricos que consideram: - campo gravitacional da Terra - constantes físicas: raio equatorial, constante gravitacional geocêntrica (com ou sem atmosfera), achatamento terrestre e velocidade de rotação da Terra - uso de satélites artificiais para definição de coordenadas na superfície da Terra. - materialização através de redes geodésicas - Uso de técnicas do VLBI, SLR, LLR,GPS, DORIS - Coordenadas espaciais e temporais

  27. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE ….. CÓRREGO ALEGRE: - baseado em determinações astronômicas - iniciado na triangulação em Santa Catarina e levado para o planalto devido à tendência de desvio da vertical para leste na região. - Datum horizontal: vértice Córrego Alegre - Superfície de referência: Elipsóide Hayford 1924 - semi-eixo maior a = 6.378.388 m - achatamento f = 1/297

  28. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE ….. CÓRREGO ALEGRE: - Latitude φ = 19o 50’14”,91 S - Longitude λ = 48o 57’41”,98 W - Altitude ortométrica H = 683,81 m - Ondulação geoidal N = 0 - Desvio da vertical = 0 Obs. A maior parte da cartografia disponível até o presente é referenciada a este Datum

  29. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE ….. Estudo do geóide na região do datum Córrego Alegre com determinação de 2113 estações gravimétricas para definição de um novo datum • ASTRO DATUM CHUÁ (provisório): • Origem: vértice Chuá • elipsóide de referência : HAYFORD • Ondulação geoidal N = 0 • Não considerou o desvio da vertical • Coordenadas ajustadas para o novo datum • Sistema topocêntrico

  30. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE ….. • SOUTH AMERICAN DATUM 1969 – SAD69 • Sistema topocêntrico • Adotado oficialmente em 1979 • Estabelecimento de novas redes usando a técnica de triangulação ligando a rede da Venezuela à rede brasileira • Ajuste e processamento em 10 blocos separados (técnica piece-meal). Conseqüência: graves distorções geométricas em escala e orientação da rede. • Diversidade de instrumentos e métodos. • - Primeiro ajuste na década de 1960 com 1285 estações.

  31. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE ….. • Parâmetros: • Datum horizontal: Vértice CHUÁ • Elipsóide de referência: Internacional de 1967 (UGGI 67) • Coordenadas geodésicas: • - Latitude φ = 19o 45’41”,6527 S • - Longitude λ = 48o 06’04”,0639 W • - Altitude ortométrica H = 763,28 m • - Ondulação geoidal N = 0 • - Azimute (Chuá-Uberaba) = 271o30’04”,05

  32. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE ….. SOUTH AMERICAN DATUM 1969 – SAD69 – Realização 1996 • - Ajustamento da RGB simultâneamente utilizando a técnica Helmert Blocking – Sistema GHOST (usado no Canadá para ajustamento do NAD-83) – 4759 estações • - Ajustamento utilizando pontos da rede clássica revisitados com a técnica GPS e Doppler • Análise estatística completa usando o erro absoluto das coordenadas mapeados através dos desvios padrão e elipse de erros. • Fornecimento pelo IBGE (após ajustamento) do desvio padrão das coordenadas

  33. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE ….. SOUTH AMERICAN DATUM 1969 – SAD69 – Realização 1996 • - O reajustamento da rede geodésica causou mudança nas coordenadas das estações devido ao impacto da inclusão de novas observações e metodologia de ajustamento mais rigorosa. • Devido às distorções as diferenças não têm comportamento sistemático nem homogêneo. • Diferenças de até 15 metros entre as coordenadas referenciadas ao SAD/69 original e o SAD/69 realização 96

  34. EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE ….. SOUTH AMERICAN DATUM 1969 – SAD69 – Realização 1996 Obs. Padrão de Exatidão Cartográfica PEC = 0,2mm

  35. WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 - WGS84 • Necessidade de elipsóide geocêntrico • 4 versões do Sistema de Referência WGS84 estabelecidos pelo DoD desde 1960 • Referência para as efemérides operacionais do GPS • Inicialmente fornecia precisão métrica (Transit – NSWC 9Z-2) • Rede de referência para o WGS84 implantada em 1987 • Primeiro refinamento WGS84 G730 (época de ref. = 1994,0) • Segundo refinamento WGS84 G873 (época de ref. = 1997,0)

  36. SISTEMA DE REFERÊNCIA GEOCÊNTRICO PARA A AMÉRICA DO SUL - SIRGAS • Necessidade de um sistema geocêntrico para utilizar as precisões fornecidas pelo GPS • Novo componente das coordenadas: o tempo • Coordenadas definidas em associação com velocidades e referidas a uma determinada época. • O SIRGAS utiliza parâmentros idênticos ao utilizado pelo GPS (GRS80) com pequena diferença apenas no achatamento desprezível para fins práticos.

  37. INTERNATIONAL TERRESTRIAL REFERENCE FRAME - ITRFyy • Criação em 1988 do IERS (International Earth Rotation Service • ITRS (International Terrestrial Reference System) com propósito de estudo dos: • - movimento de rotação terrestre, • - movimento de placas tectônicas continentais e • - monitoramento do nível médio dos mares A materialização do ITRS é dada pelo ITRFyy (IERS Terrestrial Reference Frame referido ao ano yy). A cada ano uma nova solução composta por coordenadas e velocidades para as estações que compõem a rede

  38. PARÂMETROS DE TRANSFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS SAD 69 (1) PARA SIRGAS 2000 (2): a1 =6.378.160 f1 = 1/298,25 a2 =6.378.137 f2 = 1/298,257222101 X = -67,35 m Y = +3,88 m Z = -38,32 m

  39. PARÂMETROS DE TRANSFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS SIRGAS 2000 (1) PARA SAD 69 (2) a1 =6.378.137 f1 = 1/298,257222101 a2 =6.378.160 m f2 = 1/298,25 ΔX = +67,35 m ΔY = -3,88 m ΔZ = +38,32 m

  40. PARÂMETROS DE TRANSFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS WGS84 (1) PARA SAD69 (2) a1 =6.378.137 f1 = 1/298,257223563 a2 =6.378.160 m f2 = 1/298,25 ΔX = +66,87 m ± 0,43 m ΔY = -4,37 m ± 0,44 m ΔZ = +38,52 m ± 0,40 m

  41. PARÂMETROS DE TRANSFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS CÓRREGO ALEGRE (1) PARA SAD69 (2) a1 =6.378.388 f1 = 1/297 a2 =6.378.160 m f2 = 1/298,25 ΔX = -138,70 m ΔY = +164,40 m ΔZ = -34,40 m

  42. REDES DE REFERÊNCIA Rede Fundamental de Triangulação • Redes GPS do Estado de São Paulo • 24 estações • ligadas ao vértice Chuá (SAD/69) • integração ao Sistema Geodésico Brasileiro

  43. REDE GPS DO ESTADO DE SÃO PAULO

  44. VÉRTICE CHUA – SAD/69

  45. REDE BRASILEIRA DE MONITORAMENTO • CONTÍNUO – RBMC • Referenciadas ao SGB • 12 estações em operação contínua (Sistema Ativo) • possibilidade de usar a rede mundial • precisão do modo relativo com 1 receptor • receptor de 2 freqüências até 500 km • dados do IBGE on-line internet

  46. REDE BRASILEIRA DE MONITORAMENTO CONTÍNUO

  47. REDE ALTIMÉTRICA - Iniciada em 13 de Outubro de 1945 (RN 1-A localizada no Distrito de Cocal, Município de Urussanga, Santa Catarina) -Conexão com a Estação Maregráfica de Torres, RS, em dezembro de 1946. (rede c/ + de 30.000 km em 1958) - Substituição do Datum Vertical de Torres pelo Datum Vertical de Imbituba em 1958 - Rede de nivelamento atinge o Acre e o Amazonas em 1970

  48. DIFERENÇAS ENTRE IMBITUBA E OS DEMAIS MARÉGRAFOS DO BRASIL TORRES (1919) – IMBITUBA (1958) ≠ 0,058m RIO DE JANEIRO = – 0,12 m SALVADOR = + 0,01 m RECIFE = + 0,14 m FORTALEZA = + 0,24m