Um receptor GPS/GNSS RTK é aquele que provê o posicionamento relativo cinemático em tempo real, chamado de Real Time Kinematic, o qual é uma técnica que vem evoluindo rapidamente e que permite ao operador obter informações, diretamente no campo, sem a necessidade de pós-processamento, e atingir uma posição centimétrica.

Este posicionamento oferece ao profissional de topografia uma maior agilidade, qualidade, rapidez, precisão e posicionamento em tempo real, ou seja, in loco. E pode ser usado em diversas aplicações.

O Agrimensor do Futuro lista abaixo as 10 principais aplicações de um receptor GPS/GNSS. Confira:

1) Locação – Construção Civil

Chama-se de locação a fase de pré-projeto na construção civil, na qual ocorre um levantamento prévio do terreno a fim de se obterem os locais onde serão feitos os alicerces e as fundações da obra. Depois de projetados estes pontos são localizados e implantados no terreno por posicionamento RTK.

2) Topografia em Geral

Profissionais da área de topografia podem utilizar a técnica RTK no levantamento dos pontos de controle/amarração da poligonal topográfica e em qualquer trabalho que adote as coordenadas planas retangulares UTM, entre eles o Georeferenciamento de Imóveis Rurais.

3) Obras Viárias

O termo infraestrutura se refere aos sistemas viários, de saneamento e de fornecimento de energia de uma cidade ou região. Em toda a fase destes sistemas, é necessária a obtenção de dados Georreferenciados como apoio a implementação dos mesmos.

4) Cadastro

Um cadastro designa o registro público, geralmente de bens de raiz. Tendo como o objetivo registrar uma feição/objeto e todas as características e propriedades desta. O cadastro é utilizado por empresas prestadoras de serviço e órgãos públicos que necessitam da informação geográfica georreferenciada para a tomada de decisões.

5) Mineração

Na mineração, a tecnologia de posicionamento GPS/GNSS é uma grande aliada nos trabalhos que envolvem altimetria, cálculo de volume, calculo de inventário de minério na locação de pontos de controle usados no monitoramento da estrutura da mina. Neste caso, usa-se o RTK que proporciona mais rapidez nos trabalhos uma vez que a correção de dados é feita no instante da coleta.

6) Prospecção de Petróleo:

O GNSS é muito importante no ramo petrolífero uma vez que é necessário saber onde perfurar, o tipo de equipamento a ser usado para a perfuração do solo e também cuidar da segurança dos seus dutos por meio da determinação da área de segurança dos mesmos.

7) Agricultura de Precisão:

O GPS tornou-se a base para a agricultura de precisão e, principalmente, nas usinas de açúcar e álcool, pois permite definir o melhor local de plantio, o momento certo para realizá-lo e as quantidades de insumos necessárias na produção. Tudo isso em áreas cada vez menores, possibilitando um controle preciso da localidade dos caminhões no escoamento da produção e maquinários na lavoura.

8) Batimetria

Nos trabalhos de batimetria, o método de posicionamento RTK pode ser usado a fim de determinar a localização correta dos pontos onde foi determinada a profundidade. Lembrando que o equipamento não calcula e nem possibilita a profundidade, ele apenas informa a posição geográfica de onde foram coletados os pontos.

9) Loteamento

É a subdivisão de áreas, denominadas Glebas, em lotes, com aberturas de novas vias de circulação para ampliação, modificação ou prolongamento dos lotes existentes.

10) Sísmica Terrestre

Consiste no estudo geológico da superfície terrestre com intuito da prospecção de petróleo através da análise das ondas sísmicas ocasionadas a partir da detonação de dinamites. A tecnologia GNSS é utilizada na determinação da posição de pontos a serem utilizados no mapeamento geodinâmico destas áreas.

 


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.


 

Por: Engº Me. Marcos Guandalini e Engº Paulo Borges

A evolução dos métodos de posicionamento vêm ao encontro das necessidades de campo do agrimensor, de modo a torná-lo um profissional mais versátil e eficiente. Como já dito no artigo “Como trabalhar com RTK em Rede no Brasil”, no blog do Agrimensor do Futuro, a possibilidade de trabalhar no método relativo na técnica RTK em Rede, durante um levantamento ou locação, é mais produtiva e vantajosa quando comparada com outros métodos de levantamento.

técnica rtk em rede

Imagem 1: Evolução dos métodos de Posicionamento no Brasil.

Conforme depoimentos de usuários e estudos de caso de alguns alunos de renomadas universidades, verifica-se que, ao utilizar técnica RTK em Rede, a produção em campo é comprovadamente maior em relação à estação total ou RTK/UHF.

A fim de verificar e entender as vantagens desta técnica, compararemos tanto o desempenho em campo como também os custos gerados para manutenção da equipe durante a execução de uma mesma tarefa.

Seguindo a linha de evolução dos métodos de posicionamento no Brasil, analisaremos,através da tabela e dos gráficos abaixo, o desempenho das três técnicas de levantamento/implantação simultaneamente.

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Tabela 1: Comparação dos custos de uma equipe em campo em relação à metodologia de trabalho escolhida (Valores de Referência podem variar conforme capacitação profissional e região onde será prestado o serviço).

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Gráfico 1: Custo Mensal e Produtividade/Dia de cada técnica de posicionamento ao realizar levantamentos.

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Gráfico 2: Custo Mensal e Produtividade/Dia de cada técnica de posicionamento ao realizar a locação de Pontos.

 

Os gráficos e tabelas acima comprovam a vantagem financeira da técnica RTK em Rede sobre as demais técnicas. Como analisado no gráfico, uma equipe de topografia, composta por um operador e mais dois auxiliares em campo, é capaz de levantar cerca de 800 pontos ou implantar até 120 pontos por dia. Já quando utilizamos um conjunto RTK, é possível realizar o levantamento de até 2400 pontos por dia ou implantar cerca de 240 neste mesmo período.
Outra vantagem da técnica, se comparada com a técnica RTK/UHF, é a tecnologia de conexão GSM de transmissão do RTK em Rede. Com isto, não haverá obstruções para a transmissão da mensagem de correção conforme já mencionado no artigo “O que é o método Relativo na Técnica RTK/GSM?” do blog Agrimensor do Futuro.
Por conta disto, aplicações práticas em campo para a Técnica RTK em Rede são as mais variadas. Seguem, abaixo, alguns exemplos destas aplicações no ramo da agrimensura/cartografia.

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Imagem 1: Ambientes urbanos e rurais.

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Imagem 2: Obras de terraplanagem, drenagem, esgoto e etc.

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Imagem 3:  Obras fundações de edifícios, estacas, blocos e etc.

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Imagem 4: Locação de platôs e taludes.

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Imagem 5: Projetos de “as built”.

 

Portanto, fica evidente que há muitos benefícios no uso de um equipamento capaz de utilizar a tecnologia de correção denominada RTK em Rede, resultando numa produção de campo maior e em um custo operacional menor , bem como no contorno de problemas existentes às tecnologias precedentes.

 


O sistema de posicionamento gps por satélite, que começou no passado com o TRANSIT e que recentemente vem se aperfeiçoando com o GNSS, teve, desde o início, uma tendência para o chamado método relativo de posicionamento gps. Este implica no uso de um receptor fixo num ponto de coordenadas conhecidas e um outro num ponto a determinar.
As primeiras aplicações sempre envolveram o método relativo na técnica pós-processada, não sendo necessária a transmissão dos dados entre as estações, após um período longo de observações.

No entanto, um dos objetivos principais foi o posicionamento instantâneo viabilizado pela observação de pelo menos oito satélites (perspectiva que já se tornou possível) e pelo desenvolvimento das técnicas numéricas de solução rápida das ambiguidades. Porém, esse ideal implicou na necessidade imperativa de transmissão dos dados do receptor base para o móvel. O uso de ondas eletromagnéticas transmitidas e recebidas pelos equipamentos, popularmente denominados rádios (transmissores e receptores), é limitado pelas obstruções na propagação das referidas ondas.

A necessidade prática de mais flexibilidade e eficiência no envio das observações de fase do receptor base para o móvel fez com que se desenvolvesse a tecnologia integrada ao sistema de comunicação móvel (como, por exemplo, a conexão GSM, a padronização GPRS e a conexão 3G) e a Internet (ROGOWSKI et al. 2004).

A ideia original do que veio a ser denominado serviço NTRIP era a de criar uma aplicação baseada em um protocolo capaz de transmitir dados GNSS pela Internet. Assim, pode-se afirmar que o serviço NTRIP nada mais é do que um serviço de adequação da transmissão de dados GNSS/GPS na internet, gerenciado por um conjunto de software que convertem o protocolo RTCM para a linguagem de Internet em um IP. Este IP é selecionado, indiretamente, por meio da configuração da estação de referência, a qual é escolhida pelo usuário quando ele configura o seu equipamento móvel durante o levantamento pela técnica RTK/GSM e com uso do serviço NTRIP.

O serviço NTRIP foi projetado para disseminar as observações de fase para diversos usuários da Internet fixa ou móvel simultaneamente. Esta transmite o protocolo RTCM, assim como o faz a conexão de rádio convencional, diferenciando-se apenas pelo método de envio.

CEGAT – Serviço RTK em REDE.

O método RTK em REDE, nada mais é que um conjunto de no mínimo 3 estações de referência ligadas a um servidor, que gerencia e disponibiliza as correções RTK,  eliminando o erro linear e tornando a inicialização instantânea em campo, dentro da área de trabalho, coberta.

Para o funcionamento do método RTK em REDE, são necessários os seguintes componentes: no mínimo 3 ERA IP em uma distância máxima de 100 km entre cada um; um software de gerenciamento das ERA que receba os dados, controle os acessos e crie um modelo matemático de correções geodésicas dentro da área de cobertura desta rede e, ainda, receptores móveis com capacidade de receber e interpretar os dados.

Este método, já está operacional em diversos países da Europa e as experiências demonstram que. dentro dessa área de cobertura, a distância de linha base entre a ERA e o receptor móvel aumenta substancialmente, a  qualidade do envio da observação de fase é mais estável e os trabalhos de posicionamento gps, são executados com mais eficácia e sem inicialização.

Utilização de Receptor GNSS utilizando o Serviço RTK em REDE.

O receptor GNSS é um equipamento com capacidade para o rastreamento simultâneo dos satélites, atualmente, variando entre 12 a 120 canais. A necessidade de um número maior ou menor de canais será definida na determinação de quais freqüências disponíveis serão utilizadas nas constelações GPS, GLONASS e GALILEO. Em algumas tecnologias, podem ser utilizados 3 canais adicionais para rastrear os satélites geoestacionários e auxiliar o posicionamento. Dessa maneira, o usuário GNSS rastreará, em campo, uma média de 16 satélites o que permitirá um PDOP melhor em situações adversas e com uma rápida solução de ambiguidade, até onde o que aumento do número de satélites permita uma melhor geometria.  No posicionamento relativo serão considerados apenas os satélites com uma boa relação sinal/ruído (ou seja, melhor sinal e com menos ruído) e a perda de ciclo será improvável, o que significa um avanço considerável no uso do GNSS.

Monico (2008) afirma que posicionamento é a determinação da posição de objetos com relação a um referencial específico. Corresponde ao posicionamento absoluto quando as coordenadas são determinadas, diretamente, por um único receptor. No entanto, quando as coordenadas são determinadas com relação a um ou mais vértices materializados e com coordenadas conhecidas, o posicionamento é denominado método relativo. O emprego da tecnologia de posicionamento GNSS (MONICO; 2000, 2008) apresenta a seguinte classificação:

–  Posicionamento gps pelo método absoluto: por ponto simples, por ponto preciso;

– Posicionamento gps pelo método relativo: estático, estático rápido, semi-cinemático, cinemático e cinemático em tempo real.

Resumidamente, a técnica RTK é baseada na utilização de um receptor base que envia as observações de fase do receptor móvel o qual realiza o processamento em tempo real, calculando as coordenadas instantaneamente.

Assim, a técnica RTK pode ser viabilizada de dois modos:

Pela transmissão em UHF das observações de fase do receptor base para o móvel utilizando um enlace de rádios, agora, denominada de RTK/UHF.

E por meio da disponibilização das observações de fase do receptor base para o móvel através da conexão GSM/GPRS, de agora em diante identificada, pela sigla RTK/GSM.

A figura ilustra a utilização da infraestrutura existente da conexão GSM/GPRS, realizando a comunicação entre o receptor base para o móvel.

por Eng. Marcos Guandalini