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Boletim de Ciências Geodésicas

Open Access journal
ISSN (Print) 1413-4853 - ISSN (Online) 1982-2170
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Influence of combination of GPS and GLONASS data in georeferencing of rural properties
- Abstract: A questão agrária ainda é um tema bastante discutido no Brasil, principalmente no que diz respeito à posse da terra. A Lei nº 10.267/01 foi um grande avanço para a questão agrária. A partir de então, todos os imóveis rurais devem ser georreferenciados ao Sistema Geodésico Brasileiro (SGB). Para isso, são utilizados métodos de posicionamento por satélites e convencionais. Mudanças vêm ocorrendo nos sistemas de posicionamento por satélites em razão do acréscimo de novos sinais no GPS (Global Positionig System) e a reestruturação do GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System), além dos novos sistemas, Galileo e Compass. Para avaliar os efeitos da combinação de dados GPS e GLONASS, foram realizados processamentos de dados com diferentes configurações. Os processamentos foram realizados para a determinação das coordenadas dos pontos de apoio básico e limítrofes de imóveis rurais. Ao final, verificou-se que o uso de efemérides precisas no transporte de coordenadas de pontos de apoio não apresenta influência relevante, pois o transporte com efemérides transmitidas também atende a exigência de precisão da Norma Técnica de Georreferenciamento de Imóveis Rurais (NTGIR). Quando foram utilizados dados GPS e GLONASS, as melhores soluções foram obtidas. No caso dos pontos limítrofes, o uso de dados GPS e GLONASS também é recomendado, pois atende a exigência de precisão da NTGIR e apresenta resultados melhores que dos dados processados separadamente.The land question has been a widely discussed topic in Brazil, regarding land tenure. Law No. 10.267/01 was a major breakthrough for the agrarian issue. Since then on all rural properties must be georeferenced to the Brazilian Geodetic System (BGS). Therefore, satellite positioning and conventional methods are extensively used. Changes have been occurring in satellite positioning systems due to the addition of new signals in GPS (Global System Positioning), restructuring of GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System), and the new systems like Galileo and Compass as well. To evaluate the effects of combining GPS and GLONASS data, several batches of processings were performed on different configurations. The data processing was performed to determine the coordinates of points of basic support and those materializing the neighborhood of the rural properties. As a result, it was found that the use of accurate ephemeris in transporting coordinates to support points has no significant influence, since transportation with broadcast ephemeris also meets the accuracy requirements for the Standard Technique for Georreferencing Rural Properties. On the other hand, when GPS and GLONASS data were used, such combination provides the best results. In the case of neighboring points, the use of GPS and GLONASS data is also recommended because such data meet the precision requirement and showed better results than those from where data were processed separately.
Structural deformations analysis by means of Kalman-filtering
- Abstract: The surveillance of engineering structures like dams is an interdisciplinary task and mainly focused on the assessment of stability and reliability of the objects to be monitored. To show the co-operation of the disciplines involved in a comprehensible manner, it is suitable to use system analysis approaches. Structural deformations analysis by means of system analysis is explained in the following with an example of a dam. The determination of the dam deformations is demonstrated by an integration of computed and measured data by using Kalman Filtering.O monitoramento e controle de estruturas de engenharia como barragens, é uma tarefa multidisciplinar e focada principalmente na avaliação da estabilidade e confiabilidade do objeto a ser monitorado. Para mostrar a colaboração das disciplinas envolvidas de maneira compreensível, é conveniente usar a naálise de sistemas aproximados. A análise da deformação de estruturas através da análise de sistemas é explanada com um exemplo de barragem como a seguir. A determinação da deformação da barragem é mostrada pela integração de cálculos e de dados medidos usando Filtros de Kalman.
Application of Kepler motion in the orientation of HRC - CBERS 2B images
- Abstract: Nos últimos 20 anos, pesquisas voltadas ao desenvolvimento de modelos rigorosos para a orientação de sensores orbitais puhbroom lineares vêm sendo desenvolvidas e apresentadas. Na maioria destas pesquisas, a trajetória e a orientação do satélite durante a formação das cenas são obtidas a partir de polinômios de 1º, 2º e até 3º grau. Porém, a atribuição de significado físico aos coeficientes polinomiais indica que o primeiro e o segundo termo se referem à velocidade e a aceleração da plataforma no instante referente à aquisição da primeira linha da cena. Estas quantidades podem ser associadas ao Problema dos Dois Corpos, sendo desenvolvido de acordo com a equação do Movimento Uniformemente Variado. O modelo resultante deste desenvolvimento foi denominado por Michalis e Dowman como Modelo de Kepler. Nesta pesquisa, o Modelo de Kepler é aplicado na orientação de imagens HRC/CBERS 2B e comparado com os modelos que utilizam polinômios para a propagação dos Parâmetros de orientação exterior (POE), amplamente utilizados atualmente. Os resultados obtidos ao comparar o Modelo de Kepler e os modelos polinomiais indicaram que o uso do primeiro modelo permitiu a obtenção de melhores resultados em relação ao segundo.Over the past 20 years, research aimed at developing of rigorous models for the orientation of linear pushbroom sensors aboard orbiting platforms have been developed and presented. In most studies, the trajectory and orientation of the satellite during the formation of different lines of a scene has been obtained from polynomials of 1st, 2nd and even 3rd degree. However, the assignment of physical significance to the polynomial coefficients indicates that the first and the second terms refer to the velocity and acceleration of the platform at acquisition time of the first line of the scene respectively. In this case, these quantities can be associated whit the Two Bodies Problem which is developed according to the equation of Uniformly Varied Motion. The resulting model was named by Michalis and Dowman as Kepler Model. In this research, the Kepler Model is applied to the orientation of HRC/CBERS 2B images and compared to models using polynomials for the spread of exterior orientation parameters (POE), widely used today. The results obtained by comparing the Kepler model and polynomial models indicated that use of the first model allowed to obtain better results when compared to the second.
Performance of artificial neural networks on kriging method in modeling local geoid
- Abstract: Transformation of ellipsoidal heights determined by satellite techniques into local leveling heights requires geoid heights at points of interest. However, the geoid heights at each point are not available. In order to determine them, the local geoid in the transformation area must be modeled or computed by an appropriate method, one way of doing it, is to use control points both of whose ellipsoidal and local leveling heights are available. In this study, performance of geoid by ANN compared to Kriging method in modeling local geoid was presented. Moreover, the transformation ability of the methods was investigated through a geodetic test network in Bursa Metropolitan Area of Turkey. The results suggest that the model by ANN exhibit better results than the one by Kriging Method.A transformação das altitudes elipsoidais determinadas por técnicas satelitais em locais de altitudes niveladas requer o conhecimento da altitude geoidal no ponto de interesse. Entretanto, as altitudes geoidais de cada ponto nem sempre estão disponíveis. A fim de determiná-las, um geóide local de transformação deve ser determinado ou calculado através de métodos apropriados. Uma maneira de fazer isto, é usar pontos de controle de ambos cujas altitudes elipsoidais e niveladas estejam disponíveis. Neste estudo, apresenta-se os resultados da comparação entre o geóide obtido por ANN e o método da Krigagem na modelagem do geóide local. Além disso, a habilidade da transformação dos métodos foi investigada através de uma rede geodésica teste na área metropolitana de Bursa na Turquia. Os resultados sugerem que o modelo por ANN exibe melhores resultados que o método da Krigagem.
A study about an algorithm to build dot maps
- Abstract: Os mapas de pontos de contagem são importantes ferramentas para análise da densidade espacial de fenômenos. Na sua construção, é estipulada uma quantidade N de ocorrências para que sejam representados por um ponto. O objetivo deste estudo foi propor um método para agrupar os dados por pontos, um algoritmo para automatizar a definição destes agrupamentos e a verificação da potencialidade do método e do algoritmo produzindo um exemplo com os dados de casos de AIDS (Síndrome da imunodeficiência adquirida) no Brasil. Os dados utilizados foram provenientes do Programa Nacional de DST (Doenças Sexualmente Transmitidas) e AIDS, que abrangem os casos por município de 1980 a 2010. Foi gerada uma série multitemporal de mapas, usando para orientar o agrupamento a divisão hierárquica do espaço territorial brasileiro utilizada pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística): Município - Mesorregião - Microrregião - Unidade da Federação. Também são detalhadas as principais fases na elaboração deste tipo de mapa, apresentando as melhores práticas quando já estabelecidas na literatura em cartografia e também algumas tendências atuais e lacunas na pesquisa sobre este tópico. O algoritmo se mostrou uma ferramenta eficiente para automatizar o processo de geração do mapa com pontos distribuídos de forma geograficamente embasada, proporcionando a visualização da distribuição do fenômeno ao longo do tempo.Dot maps are important tools to analyze the spatial density of a phenomenon. During the process of map design, a certain quantity N of occurrences is established to be represented by a point. The objective of this study was to create a method to group data by point, an algorithm to a grouping definition and the assessment of both method and the algorithm producing an example using the cases of AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome) in Brazil, with data of the National Program of STD (Sexually Transmitted Diseases) and AIDS, that enclose cases from 1980 to 2010, to generate a series of multi-temporal maps, using as a guide in the process of grouping points the hierarchic division of the Brazilian territorial space used by IBGE (Brazilian Institute of Geography and Statistics). Also the main steps on designing this type of map project are detailed, presenting best practices, when already established in cartography literature, and also some current trends and gaps in research on this topic. The algorithm proved to be an efficient tool to automate de process of generating dot maps distributed in a geography-based way, and propitiate the visualization of the phenomenon through time.
Detection of Cannabis sativa plantations in the semi-arid region of Pernambuco State in Brazil based on the analysis of temporal dynamic anomalies of vegetation index derived from SPOT-5 HRG satellite data
- Abstract: A Cannabis sativa é a droga ilícita mais consumida no mundo, à frente de anfetaminas, cocaína e opiáceos. No Brasil, uma das estratégias de redução da oferta dessa droga é a realização de operações de erradicação de cultivos. Nessas operações, os sítios são identificados visualmente por policiais experientes durante sobrevoos com helicópteros. Este estudo analisa o emprego do NDVI (índice de vegetação por diferença normalizada) derivado de séries temporais do satélite SPOT-5 HRG (High Resolution Geometric) na detecção de plantios de Cannabis em meio às fitofisionomias de Caatinga do sertão pernambucano. Valores absolutos e multitemporais do NDVI de dois sítios utilizados para o plantio de Cannabis e da vegetação natural circundante foram analisados com vistas à prospecção de anomalias relacionadas à presença dos plantios. Os resultados indicaram forte sazonalidade das fitofisionomias de Caatinga e padrões irregulares dos plantios de Cannabis sativa. Em alguns casos, os plantios de Cannabis apresentaram taxas de crescimento superiores às áreas de vegetação natural, induzidas pelo suprimento de água de irrigação e adubação das plantas; em outros, quedas abruptas de NDVI decorrentes de operações de preparo do solo, colheita ou erradicação. A análise da dinâmica do NDVI permitiu detectar plantios de Cannabis em séries temporais do SPOT-5 HRG.Cannabis sativa is the most highly demanded illegal drug in the world, even more than amphetamines, cocaine and opiates. In Brazil, one of the strategies to reduce its consumption is the identification and destruction of cultivation. Plantations are identified visually by experienced Brazilian Federal Police agents using helicopters. This study analyzed the potential of the NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) derived from temporal series of the SPOT-5 HRG (High Resolution Geometric) images to detect plantations of Cannabis surrounded by the Caatinga vegetation in the semi-arid region of Pernambuco State. Absolute values and multitemporal series of NDVI from two sites used to plant Cannabis and from surrounding natural vegetation were analyzed to find anomalies related to the presence of such plantations. Results showed a strong seasonality of Caatinga phytophysiognomies and heterogeneous spectral pattern of Cannabis sativa. In some cases, Cannabis plantations presented growing patterns higher than the Caatinga vegetation, as a consequence of water and fertilizer supplies; in other, an abrupt decrease of NDVI values, as a consequence of field management practices - soil preparation and harvesting - or destruction. The analysis of dynamics of NDVI allowed detecting Cannabis cultivations from temporal series of SPOT-5 HRG.
Application of total stations for the determination of relative displacements in laboratory
- Abstract: O posicionamento de precisão tem sido um desafio para atender as necessidades dos desenvolvimentos atuais, como é o caso das locações industriais que podem requerer precisões milimétricas ou melhores no posicionamento de equipamentos e também apresentam limitações relacionadas ao espaço onde os trabalhos são executados, dificultando a realização dos levantamentos. Os equipamentos tradicionalmente empregados são ditos de alta precisão (leituras angulares com precisão de um segundo ou melhor, e linear que podem ser superior a ± (1mm + 1ppm)). O posicionamento absoluto com estações totais estará limitado ás precisões nominais para a medição das direções e distâncias, assim buscou-se com este estudo de caso avaliar a qualidade da determinação relativa de deslocamentos (distâncias) de pontos em situações que simulem um ambiente industrial, onde existem limitações no posicionamento dos instrumentos durante a determinação das medições. Neste estudo, foi montada uma estrutura móvel sobre os trilhos de um interferômetro instalado no Laboratório de Instrumentação Geodésica da Universidade Federal do Paraná, o qual permite determinar deslocamentos com precisão de 0,01mm através de medidas com laser, e nesta estrutura foram instalados prismas refletores para que fosse possível determinar os deslocamentos empregando-se estações totais. Foram utilizados 4 modelos de estações totais, com diferentes precisões. Os testes foram realizados em laboratório, com distâncias entre os pontos monitorados a posição onde foram instaladas as estações totais inferiores a 6 metros. Os resultados obtidos mostram que foi possível, para este estudo, determinar deslocamentos com acurácia melhor do que um milímetro, dependendo do modelo de equipamento utilizado.The accurate positioning has been a challenge to meet the needs of current developments, as in the case of industrial locations that may require sub-millimeter precision in the positioning of equipments and also have limitations related to the area where the work will be performed, making the surveying difficult in some cases. The surveying equipment used in this situation is traditionally classified as high precision ones (angle measurement accuracy of a second and distance measurement accuracy of ±(1mm + 1ppm) or better). The positioning accuracy with total station is limited to the nominal accuracy of the instruments (both angle and distance). In this work the quality of relative displacements measurements of points in situations that simulate an industrial environment was evaluated, where there is limitation in the instrument set up process. The tests were performed in the laboratory, with distances between points and the total station fewer than 5 meters. Absolute positioning with total stations will be limited by the nominal precision of directions and distances, so in this research it was tried to evaluate the quality of measurement of relative displacements (distances) of points in situations that simulate an industrial environment where there is limitation in the setup of instruments for the determination of the measurements. In this paper was used a movable structure mounted on the rails of an interferometer. This allows the deformation of displacements to within 0.01mm by using laser measurements. In this structure a prism reflector was fixed, making possible to determine the displacements employing stations total. Four models of total stations, with different accuracies were used. The tests were performed in the laboratory, with distances between the points monitored and the position of the total stations fewer than 6 meters. The results showed that it is possible, for this study, to determine displacements with accuracy better than a millimeter, depending on the equipment model used.
Impact of geomagnetic storm in the ionosphere and GNSS positioning: study of case for november 20, 2003 in brazilian region
- Abstract: O objetivo deste artigo é analisar a influência de intensas tempestades geomagnéticas na ionosfera e no posicionamento por GNSS (GPS). Neste sentido, foram analisados os efeitos da intensa tempestade geomagnética de 20 de novembro de 2003 utilizando dados GPS de algumas estações da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo), situadas em diferentes locais na região brasileira, e mapas globais da ionosfera. Analisando os resultados se observa um aumento na densidade de elétrons livres da ionosfera nas regiões mais próximas do equador geomagnético no período da tarde no dia da tempestade. No período após o pôr do Sol do dia da tempestade, verifica-se um aumento na densidade de elétrons livres e de irregularidades ionosféricas em regiões mais afastadas do equador geomagnético, em comparação com dias geomagneticamente calmos. Quando analisado o posicionamento por ponto, se observa maiores discrepâncias em planimetria e altimetria no posicionamento para os mesmos períodos em que ocorreram mudanças na ionosfera, principalmente para as estações GPS mais afastadas do equador geomagnético no período após o pôr do Sol.The goal of this paper is to analyze the influence of the intense geomagnetic storms in the ionosphere and GNSS (GPS) positioning. It was analyzed the effects of intense geomagnetic storm of November 20th 2003 using GPS data from RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring) located in different sites in the Brazilian region and ionosphere global maps. While analyzing the results, it can be observed an increase in the electron density of the ionosphere in the regions near to the geomagnetic equator in the afternoon on the day of the storm. In the period after the sunset of the storm day, there is an increase in the density of free electrons and ionospheric irregularities in regions furthest from the geomagnetic equator, when compared to geomagnetically quiet days. When the positioning point is analyzed, it is observed high discrepancies values in planimetry and altimetry at the same position for periods of changes that occurred in the ionosphere, especially for the GPS stations located furthest from the geomagnetic equator in the period after the sunset Sun.
Geospatial metadata retrieval from web services
- Abstract: Nowadays, producers of geospatial data in either raster or vector formats are able to make them available on the World Wide Web by deploying web services that enable users to access and query on those contents even without specific software for geoprocessing. Several providers around the world have deployed instances of WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service) and WCS (Web Coverage Service), all of them specified by the Open Geospatial Consortium (OGC). In consequence, metadata about the available contents can be retrieved to be compared with similar offline datasets from other sources. This paper presents a brief summary and describes the matching process between the specifications for OGC web services (WMS, WFS and WCS) and the specifications for metadata required by the ISO 19115 - adopted as reference for several national metadata profiles, including the Brazilian one. This process focuses on retrieving metadata about the identification and data quality packages as well as indicates the directions to retrieve metadata related to other packages. Therefore, users are able to assess whether the provided contents fit to their purposes.Nos dias atuais, os produtores de dados geoespaciais, tanto em formato matricial como vetorial, podem disponibilizá-los pela internet, por meio de serviços web que permitem aos usuários acessar e consultar esse conteúdo sem a necessidade de aplicativos especializados de geoprocessamento. Diversos produtores de dados geoespaciais ao redor do mundo implementaram serviços como o WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service) e WCS (Web Coverage Service), todos especificados pelo Open Geospatial Consortium (OGC). Sendo assim, é possível extrair metadados do conteúdo disponibilizado de modo a permitir compará-lo com dados offline de outras fontes. Ao longo deste trabalho serão apresentados um breve resumo e a descrição do processo de comparação entre as especificações de serviços OGC e os metadados requeridos pela norma ISO 19115, adotada como base para elaboração de perfis nacionais de metadados como o Perfil Brasileiro de Metadados Geoespaciais. Essa comparação privilegia a recuperação de metadados relacionados aos pacotes de identificação e qualidade, ao mesmo tempo em que direciona o processo para a recuperação de metadados de outros pacotes. Desta maneira, os usuários poderão avaliar se o conteúdo disponibilizado se adapta às suas necessidades.