referenciais -...

REFERENCIAIS

Prof. Dra. Daniele Barroca Marra Alves

-CELESTE

-TERRESTRE

INTRODUÇÃO

Sistemas de Referência - Motivação

Porque são necessários???

Qual a importância para a Geodésia?

INTRODUÇÃO

Quais as principais etapas envolvidas?

Definição

Realização

Apropriadas

Precisas

Consistentes

ATIVIDADE

Defina o “seu” sistema de referência

O que ele deve possuir?

O que deve ser definido?

É só teórico?

Destacar do caderno e entregar para discussão.

DEFINIÇÃO E REALIZAÇÃO

INTRODUÇÃO

A definição e realização são essenciais para (MONICO,

2008):

Descrição do movimento dos satélites (órbitas);

Modelagem das observáveis;

Representação, interpretação e, quando necessário,

transformação dos resultados.

O aumento na acurácia de muitas técnicas de observação por

satélites está intimamente ligado com um aumento na acurácia

dos sistemas de referência (SEBBER, 2003).

DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA

A definição dos sistemas de referência é de extremaimportância.

Definição - caracteriza-se pela definição conceitual de como osistema de coordenadas é formado.

Define a origem e a orientação dos planos fundamentais ou eixos dosistema;

Também inclui a teoria fundamental envolvida (modelos físicos ematemáticos) e os padrões adotados;

Em inglês o termo adotado é reference system.

Por exemplo, os modelos usados para determinação davelocidade das estações, baseados na teoria das placastectônicas ou a partir de medidas de longa duração, se inseremna definição de um sistema de referência terrestre.

Um referencial ideal seria aquele que a origem estivesse emrepouso ou em movimento retilíneo uniforme, o que caracterizariaum referencial inercial, dentro do conceito da mecânica deNewton.

Num sistema de referência terrestre, a origem é o geocentro, que possuiaceleração em seu movimento de translação ao redor do sol (apesar depequena) - referencial quase-inercial.

No celeste, um sistema inercial é definido por meio de posições deobjetos extragalácticos, cujos movimentos próprios são desprezíveis, aocomparar com a acurácia das medidas realizadas sobre os mesmos.

Além disso, na conceituação, devem ser considerados fatoresrelacionados à deformação da Terra a nível global, regional e local,bem como outros.


Em geral, cada instituição ou grupo de pesquisadores envolvidoscom referenciais dispõe de uma solução específica para a definiçãodo referencial.

TRS (Terrestrial Reference System – Sistema de Referência Terrestre)para o caso terrestre;

CRS (Celestial Reference System – Sistema de Referência Celeste) parao celeste.

Para fins operacionais, torna-se necessário adotar um referencial, oqual em geral é adotado por convenção, quer seja o terrestre ouceleste, dando origem ao sistema de referência convencional.

Os modelos, constantes numéricas e algoritmos são especificados.

Eles proporcionam a origem, escala e orientação do sistema, bemcomo sua evolução temporal. Tem-se então:

CTRS (Conventional Terrestrial Reference System – Sistema deReferência Terrestre Convencional);

CCRS (Conventional Celestial Reference System – Sistema deReferência Celeste Convencional).


Realização - definido um referencial e adotado por convenção, o

passo seguinte é a coleta de observações a partir de pontos

devidamente materializados na superfície terrestre (rede), ou

próximos a ela.

Fazem parte ainda:

Processamento e análise das observações;

Divulgação dos resultados, que se caracteriza pelo conjunto de

coordenadas associado à uma época particular.

Essas coordenadas podem vir acompanhadas de suas respectivas

velocidades;

No caso de um referencial celeste, a realização é uma lista de

coordenadas (ascensão reta e declinação) de objetos extragalácticos.

Esse conjunto materializa o sistema de referência. Em inglês o

termo adotado é reference frame.

REALIZAÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA

Densificação – Após a definição e realização do referencial, outroaspecto importante diz respeito à sua densificação.

Procedimento que, no caso terrestre, visa aumentar a densidade deestações (pontos materializados com espaçamento menor).

Logo, a densificação passa a ser uma expansão damaterialização.

Resumindo:

Definição de um sistema de referência - caso ideal - fica limitadaem razão dos erros inerentes às observáveis utilizadas na suarealização e da imprecisão das constantes adotadas porconvenção;

Realização - nada mais é que uma lista de coordenadas evelocidades dos objetos que materializam o sistema, que pode serdenominada de conjunto de coordenadas de referência.

DENSIFICAÇÃO DO SISTEMA DE REFERÊNCIA

DEFINIÇÃO E REALIZAÇÃO

Cite as principais etapas associadas a Definição e Realização dos

sistemas de referência.

O que vai definir a acurácia do sistema de referência?

O que ocorre com a acurácia quando são integradas diferentes

técnicas?

ACURÁCIA NOS SISTEMAS DE REFERÊNCIA

A acurácia das coordenadas de referência deve ser compatível com

a da tecnologia de posicionamento adotada.

Caso contrário, a qualidade dos resultados se deteriora;

Exemplo - integração de levantamentos GNSS de alta precisão a

uma rede levantada por técnicas convencionais (triangulação,

trilateração, poligonais, etc.)

Nesse caso, a integração deteriorará a qualidade dos resultados obtidos

com o GNSS;

ATIVIDADE

Com o que vocês já aprenderam, completem os conceitos

listados no início da aula.

Cada aluno irá complementar o de um colega.

REFERENCIAIS ADOTADOS NO GNSS

REFERENCIAIS ADOTADOS NO GNSS

No posicionamento por satélites, os referências adotados são, emgeral, globais e geocêntricos.

O movimento dos satélites ocorre ao

redor do centro de massa da Terra.

As estações terrestres são, normalmente, representadas numsistema fixo a Terra, que rotaciona com a mesma (sistematerrestre).

O movimento do satélite é melhor

descrito no sistema de coordenadas

equatoriais (sistema celeste).

Como ambos os sistemas são

geocêntricos, tem-se referenciais

“quase-inerciais”.

REFERENCIAIS

RELAÇÃO ENTRE REFERENCIAIS

Definido os dois referencias (celeste e terrestre), tem-se ainda que

conhecer a relação entre eles, para poder modelar adequadamente

as observáveis.

No ajustamento, é essencial que posições dos satélites e estações

terrestres sejam representadas no mesmo sistema de referência.

Grande parte dos levantamentos até então executados está

referenciada a sistemas regionais (quase-geocêntricos), tal como a

maioria dos documentos cartográficos.

No caso do Brasil, um dos referenciais do Sistema Geodésico Brasileiro

(SGB) coincide com o Sistema de Referência da América do Sul (SAD

69: South American Datum of 1969), o qual não é geocêntrico.

A relação matemática entre os sistemas regionais e aqueles usados em

posicionamento por satélites deve ser conhecida.

REFERENCIAIS

A tendência mundial aponta para a adoção de sistemas

geocêntricos, não só para fins geodésicos, mas também para fins de

mapeamento.

Vários países estão desenvolvendo atividades visando atingir esse

objetivo.

No Brasil, desde 2005 o referencial geocêntrico que pode ser adotado é

o SIRGAS (Sistema de Referência Geocêntrico das Américas).

Deve-se ainda lembrar que as posições relativas e orientação dos

vértices se alteram com o transcorrer do tempo.

A época associada ao referencial realizado é de fundamental

importância.

SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE E

TERRESTRE

Posicionamento por satélites - envolve os sistemas de

coordenadas celestes e terrestres convencionais.

geocêntricos

Mais detalhes de tais sistemas são vistos a seguir.

SISTEMA DE REFERÊNCIA CELESTE


CCRS (Convencional Celestial Reference System) - CoordenadasEquatoriais;

Origem – Centro de Massa da Terra;

Eixo Xc - aponta para o equinócio dinâmico as 12h TDB(Barycentric Dynamical Time) no Dia Juliano 2451545,0, épocaJ2000;

Eixo Zc - direção do pólo de referência convencional na mesmaépoca;

Eixo Yc - completa o sistema dextrógiro.

Zc

Xc

Yc

Polo Norte(J2000)

Plano Equatorialg (J2000)

Esse sistema foi adotado na

Assembléia Geral da IAU em 1997,

sob a denominação de ICRS

(International Celestial Reference

System – Sistema de Referência

Celeste Internacional).


O ICRS é materializado por uma série de coordenadas

equatoriais, ascensão reta e declinação, de fontes de rádio

extragaláctico quasars, determinadas a partir da técnica VLBI.

Realizações do ICRS, que é o referencial estabelecido pelo

IERS (International Earth Rotation and Reference System

Service), denominado ICRF (IERS Celestial Reference

Frame), vinham ocorrendo anualmente entre 1989 e 1995.

O IERS propôs que a versão de 1995 fosse adotada como

sendo o ICRS, o que foi oficialmente aceito na assembleia da

IAU de 1997. A última realização é de 1999, e conta com 667

objetos.


A manutenção do ICRS requer que a estabilidade dascoordenadas das fontes seja monitorada através de novasobservações VLBI e reanálises.

As atualizações comparecem nas publicações do IERS.

Uma realização do ICRS é:

Catálogo Hipparcos - contém uma lista de coordenadas de118218 estrelas para a época J1991,25, com precisão da ordemde 0,77 e 0,64 mas (milionésimo do arco de segundo) emascensão reta e declinação, respectivamente (McCarthy, 2003).

Essas coordenadas foram determinadas usando o telescópioóptico do satélite Hipparcos (High Precision ParallaxCollecting Satellite).

A vinculação do ICRF com um referencial prático de serutilizado no posicionamento por satélite se concretiza atravésdo ITRF (International Terrestrial Reference frame).

SISTEMA DE REFERÊNCIA TERRESTRE

O ITRS (International Terrestrial Reference System) é um

sistema de referência espacial que rotaciona com a Terra em

seu movimento no espaço.

Tem origem no centro de massa da Terra

O sistema de referência terrestre deve atender as condições:

é geocêntrico, sendo que o centro de massa é definido usando a Terratoda, incluindo oceanos e atmosfera;

a escala é consistente com o TCG (Tempo Coordenado Geocêntrico)para um referencial geocêntrico;

sua orientação é dada pelo BIH (Bureau International de L`Heure) naépoca 1984,0;

sua evolução temporal em orientação é assegurada pelo uso dacondição de rede que não rotaciona com respeito ao movimentotectônico horizontal sobre toda a Terra.


O CTRS é um sistema fixo à Terra, isto é, ele rotaciona com

ela.

Escala - está diretamente relacionada com a referência de

tempo utilizada na determinação das órbitas dos satélites,

onde os efeitos relativísticos devem ser levados em

consideração.

Evolução temporal em orientação - é garantida pela

introdução da condição de um referencial NNR (No Net

Rotation – Rede Sem Rotação)

A realização de um CTRS deve, de preferência, ser especificada

em coordenadas cartesianas;

O eixo Z aponta na direção do CTP (Pólo terrestre convencional);

O eixo X na direção média do meridiano de Greenwich;

O eixo Y de modo a tornar o sistema dextrógiro.


A realização do CTRS é composta por um catálogo de coordenadas

e velocidades de um grupo de estações IERS.

As coordenadas dessas estações têm sido determinadas com VLBI,

SLR, GNSS e DORIS.

Cada uma das realizações é designada por ITRF-yy.

O número yy especifica os dois últimos dígitos do último ano cujos dados

contribuíram com a realização em consideração.

Se coordenadas geodésicas são necessárias, deve-se usar o

elipsoide GRS-80.


TRANFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS

A transformação do sistema celeste (CCRS) para o terrestre

(CTRS) é realizada empregando uma sequência de

rotações que levam em consideração:

a precessão (P);

a nutação (N);

a rotação e orientação da Terra (S), incluindo o movimento do pólo.

onde e representam vetores posicionais nos sistemas

terrestre e celeste.

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http:www.iers.org

http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/

TRANFORMAÇÃO ENTRE SISTEMAS

MATERIAL DE APOIO

Livros

HOFMANN-WELLENHOF, B.; LICHTENEGGER, H.; COLLINS,

J.. GNSS – Global Navigation Satellite Systems GPS,

GLONASS, Galileo, and more. New York: Springer-Verlag, 2008.

516p.

MONICO, J. F. G. Posicionamento pelo GNSS: Descrição,

fundamentos e aplicações. 2ª ed. São Paulo: Editora UNESP.

2008.

SEEBER, G. Satellite Geodesy: Foundations, Methods, and

Applications. Berlin, New York: Walter de Gruyter, 2003.

QUESTÕES

1) Porque a definição e realização dos referenciais são importantes?

2) Qual o nível de acurácia exigido para os referenciais?

3) Do que se trata a definição do referencial?

4) Qual o termo adotado em inglês para a definição de um referencial?

5) Como seria um referencial ideal?

6) O que é a realização de um referencial?

7) Qual o termo adotado em inglês para a realização de um referencial?

8) Dê exemplos de realizações de referenciais terrestres e celestes.

9) O que é densificação? qual sua importância no referencial?

10) Como são os referenciais no caso de posicionamento por satélite?

11) Dê exemplos de referenciais empregados no Brasil.

12) A época associada ao referencial é importante? Porque?

13) Quais parâmetros são importantes na definição dos sistemas dereferência celeste e terrestre?

14) Como é materializado um sistema de referência celeste?

15) Como é materializado um sistema de referência terrestre?

16) É possível realizar transformações entre referenciais celestes eterrestres? Como?

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