CEGAT- RTK em Rede e Receptores GNSS ASHTECH  – O Futuro

O conhecimento das coordenadas terrestres sempre foi um desafio e uma necessidade para a humanidade. O advento das tecnologias GNSS tem revolucionado as técnicas e os métodos de levantamento de pontos e feições contidos na superfície terrestre. Hoje, as coordenadas terrestres podem ser conhecidas com grande precisão. O desafio, agora, é a obtenção das informações de forma instantânea, precisa e com baixo custo de execução.

Há algumas limitações no uso do rádio UHF que se devem, principalmente, ao relevo, ao alcance e a alguns efeitos atmosféricos. Maiores serão as barreiras, com conseqüente depreciação do levantamento, à medida que o móvel se afasta da estação de referência GNSS .

Devido às restrições mencionadas e ao crescente uso da telefonia móvel, desenvolveu-se uma nova forma de comunicação e transmissão de dados RTK baseada no uso do GSM. Portanto, a fim de resolver os problemas relacionados com a atmosfera (Ionosfera e Troposfera), erros de relógio, órbitas de satélites e outros obstáculos do método de posicionamento citado, surge a técnica denominada RTK em REDE que vai ao encontro de todas as expectativas.

A utilização do RTK em Rede já é uma realidade em muitos países do mundo e está associada ao aumento da demanda por informações espaciais de alta qualidade e em tempo real (Barbosa, 2010). O uso de redes para disponibilizar o posicionamento em outros países como, por exemplo, na Alemanha , já existe desde 1996 com a rede SAPOS.

Com intuito de sempre prover os melhores equipamentos e as tecnologias mais avançadas na área de posicionamento, de forma ágil, precisa e confiável, o CEGAT – Centro de Estudos Geodésicos da Alezi Teodolini, lança, em caráter pioneiro na América Latina, o serviço RTK em REDE no Brasil.

No Brasil, a técnica RTK em REDE permite que usuário utilize apenas um receptor GNSS móvel em campo e na área de cobertura deste serviço, sem a necessidade de se ter um receptor base, módulos de rádios, cabos, bateria e outro tipos de acessórios em campo. Diminuindo, portanto, o custo com pessoal e eliminando procedimentos em campo, como por exemplo, transporte de coordenadas em áreas cobertas pelo serviço.

 

RTK em Rede –Introdução

O RTK em REDE é compatível com o conceito de VRS (Estação Virtual de Referencia), o qual se baseia numa rede de estações GNSS permanentes e conectadas através de outra de infraestrutura de comunicações com um Centro de Controle equipado com software apropriado para receber dados de todas as estações de referência. Os dados são memorizados, as ondas portadoras L1 e L2 analisadas sobre erros da ionosfera e troposfera, erros das efemérides e sobre as ambiguidades. O software usa as informações para diminuir a influência dos erros sistemáticos que limitam a precisão do posicionamento GPS e para gerar as correções necessárias utilizadas na área de abrangência da rede.

Esta técnica de posicionamento já é consagrada na Europa e nos Estados Unidos e atende às necessidades de posicionamento rápido e preciso, entregando ao usuário em campo parâmetros de correção que permitirão ao seu receptor GNSS o posicionamento com precisões de até 1 cm em tempo real.

Um dos principais exemplos é o serviço da LEICA na Europa, (www.smartnet-eu.com), que cobre toda a Europa e permite que os usuários utilizem apenas 1 receptor GNSS móvel em campo. Veja um breve exemplo da cobertura:

 

Estas correções RTK podem ser geradas por 4 métodos:  MAC : correções Master-Auxiliary, i-MAX: Individualized MAX, PRS ou VRS: Virtual Reference Station e FKP: Flächen-Korrektur-Parameter. Mais informações sobre estes métodos estarão disponíveis em novas publicações.  Nota: O CEGAT disponibiliza todos estes formatos aos usuários.

As características básicas do RTK em REDE são: maior número de estações utilizadas como referência (podendo variar de três a dezenas ou centenas estações); possibilidade de realizar o controle de qualidade; aumento das distâncias entre as estações de referência (TRIMBLE,2010), aumento substancial da área de atuação (ALVES, 2008; ALVES e MONICO, 2010).

Mas antes de ir adiante e se aprofundar no assunto, é importante dar uma visão geral do que realmente é a técnica RTK em Rede.

A maneira mais fácil de explicar é comparar a técnica RTK e a técnica RTK em REDE.

Técnica RTK (Single Base – Base única)

Os receptores GNSS RTK móveis, tradicionalmente, recebem correções RTK de uma Estação de Referência, utilizando link de comunicação por tanto rádio ou modem GSM. A estação GNSS Base pode ser implantada em um ponto e permanecer fixa (ex. sobre o telhado de um escritório) ou pode ser itinerante, ou seja, sempre transportar ou ocupar um ponto homologado como Base para a área onde será realizado o projeto. Em ambos os casos, o princípio é o mesmo.

O Princípio

O princípio da técnica RTK começa com a implantação da estação de referência base, que é definido primeiramente:

1-      – Através da ocupação de um ponto conhecido (homologado) e/ou transportado;

2-      – da Configuração da estação Base com a referida coordenada precisa do ponto usado (Homologado/transportado);

3-      – da Configuração do módulo de rádio base com a frequência e os protocolos a transmitir.

Após estes procedimentos, a estação Base envia as correções para o móvel via um link de comunicação (normalmente um modem de rádio de único caminho ou conexão GSM) (Fig.4).

Há três importantes pontos a serem observados na relação entre a estação de referência e o móvel:

4-      Ambos estão observando um conjunto de satélites (mínimo 5 satélites em comuns).

5-      A referência envia todos os deltas, observações de fase, pseudodistância e dados dos satélites para o móvel.

6-      O móvel combina estas observações de fase da estação de referência com suas próprias observações para computar a posição RTK.

Desvantagens

A desvantagem do uso da Estação de Referência simples é:

7-      O custo para comprar a estação de referência;

8-      Alta quantidade de acessórios e cabos para levar ao campo;

9-      Salário do ajudante para tomar conta da estação de referência;

10-   Tempo despendido para a instalação da Estação de Referência;

11-    À medida que a distância aumenta entre a referência e o móvel, a precisão computada diminui;

 

Esta queda na precisão é devida aos erros dependentes da distância – principalmente erros atmosféricos. Essencialmente, como a distância entre o móvel e a estação de referência aumenta, as condições atmosféricas do móvel e da estação de referência se tornarão cada vez mais diferentes. Isto diminui a precisão e dificulta para o móvel fixar as ambiguidades.

Técnica RTK em Rede

A técnica RTK em Rede requer um mínimo recomendado de três estações de referência (não há máximo) com um espaçamento inter-estacional de até 100km, dependendo da configuração da rede estabelecida.  Estas estações são implementadas sobre pilares fixos, com horizonte aberto, ou seja, sem a incidência de feições que possam ocasionar multicaminhamento, e com coordenadas precisas (homologadas ou transportadas)  formando, assim, o RTK em Rede.

O Princípio

O princípio da técnica RTK em Rede começa com todas as estações de referência que compõem a Rede, transmitindo continuamente observações de satélite para um servidor central, executando um software de gerenciamento destas estações de referência como, por exemplo, o GNSMART da empresa GEO++ da Alemanha, que vai modelar e gerar as correções de RTK em Rede.

 

O objetivo do RTK em Rede é minimizar a influência dos erros dependentes da distância sobre a posição computada dos móveis dentro dos limites da área de trabalho. O software do serviço RTK em rede  segue o seguinte processo:

  1. Fixa as ambiguidades dos satélites (sendo observado pelas estações de referência) dentro da área de trabalho; e
  2. Usa os dados de todas (ou um subconjunto de) as estações de referência para gerar correções que serão enviadas para o móvel (Fig.6).

O Receptor Móvel, através de uma ligação GSM/GPRS, envia sua posição aproximada para o Centro de Controle (software Gerenciador das estações) através de mensagem NMEA (The National Marine Electronics Association) com formato GGA (Registro NMEA – Global Position System Fix Data).

Logo, o software de controle das estações de referência  gerará uma estação não física simulando uma estação base próxima do usuário, então, o usuário pode usar os dados desta como se ela fosse uma estação de referência real.  Para o caso do software GNSMART, ele utiliza a representação de estado do espaço para criar uma correção específica para aquela posição geográfica. Uma vez que o móvel receba os dados RTK, ele computa sua posição usando o algoritmo apropriado.

Qual algoritmo o receptor GNSS móvel usa e como os erros dependentes da distância são minimizados dependem muito da técnica RTK em Rede que está sendo utilizada, veremos mais detalhes em outras publicações.

 

Anteriormente, mencionamos MAX, FKP e VRS como exemplos de técnicas de RTK em Rede disponíveis no mercado – cada um destes métodos minimiza (ou modela) os erros em diferentes modos. Dependendo do método, esta modelagem é realizada no servidor do RTK em Rede ou no móvel. Entretanto, a relação entre o RTK em Rede e o móvel é diferente de cada método – podendo haver diferenças em desempenho, precisão, confiabilidade e rastreabilidade para o móvel.

Vantagens do RTK em Rede

As vantagens do RTK em Rede são:

– Não é necessário possuir uma estação de referência física;

– As precisões das posições móvel computadas são mais homogêneas;

– A precisão é mantida ao longo de distâncias entre as estações de referência e o móvel;

– A mesma área pode ser coberta com menos estações de referência (ex. se comparada ao número de estações de referência requeridas usando-se Estação de Referência Direta);

– Maior confiabilidade e disponibilidade de correções RTK devido ao conjunto de estações de referência que compõe o sistema.

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