Propostas metodológicas relacionadas à obtenção de velocidades e propagação de incertezas no processo de compatibilização de época e de referenciais geodésicos

Abstract

Este trabalho teve como objetivo a elaboração e apresentação de metodologias para um maior rigor no processo de compatibilização de época e de referencial de coordenadas estimadas pelo GNSS (Global Navigation Satellite System). Englobando a determinação de velocidades de estações GNSS, a obtenção de modelo de velocidade para placa Sul-Americana (Brasil) e a avaliação do efeito da propagação das incertezas no processo de mudança de referencial bem como a atualização de coordenadas - precisão final das coordenadas estimadas. Inicialmente é proposta uma metodologia para determinação de velocidades de estações GNSS considerando tendência, sazonalidade e ruídos em séries temporais de coordenadas, pós-processadas no serviço online IBGE-PPP (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - Precise Point Positioning). O método foi aplicado em 94 estações da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS), cujo período de investigação foi de 01/01/2012 a 29/12/2018. As modelagens das séries temporais de coordenadas e a obtenção das velocidades foram executadas no software SARI (Señales y Análisis de Ruido Interactivo) e apresentou-se como um software com grande potencial na modelagem e obtenção de velocidades a partir de séries temporais de coordenadas obtidas com uso do GNSS no Brasil. E também foi percebido que o efeito da sazonalidade nas velocidades das estações GNSS, não influenciou na componente planimétrica das velocidades, ou seja, caso a sazonalidade seja negligenciada na determinação de velocidades de estações do GNSS, isto não trará perdas significativas nos resultados (no Brasil). Seguidamente, foi proposta uma segunda metodologia com intenção de obter um modelo de velocidade para a atualização de coordenadas no Brasil, foi desenvolvida uma metodologia na geração de um modelo de velocidade a partir do interpolador geoestatístico krigagem ordinária, com uso das velocidades de estações obtidas a partir de séries temporais de coordenadas GNSS (metodologia de determinação supracitada). O modelo de velocidade obtido apresentou resultados relevantes na atualização de coordenadas no Brasil. Os valores médios de discrepâncias planimétricas, na atualização de coordenadas, entre os modelos comparados foram 4,4 cm, 1,3 cm, 2,0 cm e 3,0 cm com relação aos modelos GSRM2014 (MMP), ITRF2014 (MMP), VEMOS2009 e VEMOS2017, respectivamente. Isto evidencia a grande semelhança entre o modelo elaborado e o ITRF2014 (MMP). Os resultados foram melhores que o modelo de velocidade VEMOS2017 (Velocity Model of SIRGAS - 2017) e similar aos modelos ITRF2014 (MMP) e ao VEMOS2009. É possível concluir que a krigagem ordinária se mostrou um interpolador com grande potencial na modelagem superficial de velocidades de estações GNSS no Brasil. Por fim, com propósito de avaliar as precisões das coordenadas após o processo de compatibilização de época e de referencial, foi apresentada a terceira metodologia, que objetivou avaliar as precisões das coordenadas após a realização da propagação de incertezas nas mesmas no processo de mudança de referencial e atualização de coordenadas. Com isto, foi possível observar que o processo de compatibilização modificou os valores de precisões das coordenadas, que eram, em média, de 1,8 mm e 0,8 mm nas componentes este (e) e norte (n) no Sistema Geodésico Local (SGL), respectivamente, passassem para 18,5 mm e 20,2 mm nas componentes (e) e (n), respectivamente. Os resultados, após a aplicação dessa metodologia, apresentaram degradação das incertezas das coordenadas, porém, tudo indica que mais realistas. Ou seja, tendo em vista que a propagação das incertezas na compatibilização (época e referencial) normalmente não é considerada em aplicações geodésicas, as precisões das coordenadas são subestimadas. Diante das elucidações das propostas metodológicas e dos resultados obtidos, são percebidas as potencialidades destas aplicações na obtenção de velocidades de estações GNSS, na determinação de modelo de velocidade e na propagação de incertezas no processo de compatibilização de época e de referencial no GNSS. Palavras-chave: GNSS. Séries temporais. Modelo de velocidade. Krigagem. Propagação de incertezas.

The objective of this work was the elaboration and presentation of methodologies for greater rigor in the process of matching the epoch and the reference of coordinates estimated by the GNSS (Global Navigation Satellite System). Comprising the determination of velocity of GNSS stations, obtaining a velocity model for the South American plate (Brazil) and the evaluation of the effect of the propagation of uncertainties in the process of change of reference as well as the update of coordinates - final precision of the estimated coordinates. Initially, a methodology is proposed to determine the velocity of GNSS stations considering trend, seasonality and noise in time series of coordinates, post-processed in the IBGE-PPP (Brazilian Institute of Geography and Statistics - Precise Point Positioning) online service. The method was applied in 94 stations of the RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GNSS Systems), whose investigation period was from 01/01/2012 to 12/29/2018. The modeling of the time series of coordinates and the obtaining of velocities were performed in the software SARI (Señales y Análisis de Ruido Interactivo) and presented itself as a software with great potential in the modeling and obtaining of velocities from the time series of coordinates obtained with use of GNSS in Brazil. It was also noticed that the effect of seasonality on the velocity of GNSS stations did not influence the planimetric component of velocity, that is, if seasonality is neglected in the determination of velocity of GNSS stations, this will not bring significant losses in the results (in Brazil ). Then, a second methodology was proposed with the intention of obtaining a velocity model for updating coordinates in Brazil, a methodology was developed to generate a velocity model from the geostatistical interpolator krigagem ordinary, using the station velocities obtained at from time series of GNSS coordinates (determination methodology mentioned above). The velocity model obtained showed relevant results in updating coordinates in Brazil. The average values of planimetric discrepancies, in the coordinate update, between the compared models were 4.4 cm, 1.3 cm, 2.0 cm and 3.0 cm in relation to the models GSRM2014 (MMP), ITRF2014 (MMP), VEMOS2009 and VEMOS2017, respectively. This highlights the great similarity between the model developed and the ITRF2014 (MMP). The results were better than the VEMOS2017 velocity model (Velocity Model of SIRGAS - 2017) and similar to the ITRF2014 (MMP) and VEMOS2009 models. It is possible to conclude that ordinary kriging proved to be an interpolator with great potential in surface modeling of GNSS station velocity in Brazil. Finally, with the purpose of evaluating the accuracies of the coordinates after the process of matching the epoch and the frame of reference, the third methodology was presented, which aimed to evaluate the accuracies of the coordinates after carrying out the propagation of uncertainties in the same in the process of changing the frame of reference. and coordinate update. With this, it was possible to observe that the compatibilization process modified the coordinate precision values, which were, on average, 1.8 mm and 0.8 mm in the east (e) and north (n) components in the Local Geodetic System (SGL), respectively, changed to 18.5 mm and 20.2 mm in components (e) and (n), respectively. The results, after the application of this methodology, showed degradation of the uncertainties of the coordinates, however, everything indicates that they are more realistic. In other words, considering that the propagation of the uncertainties in the compatibility (time and frame of reference) is normally not considered in geodetic applications, the precisions of the coordinates are underestimated. In view of the elucidation of the methodological proposals and the results obtained, the potential of these applications in obtaining GNSS station velocity, in the determination of velocity model and in the propagation of uncertainties in the process of compatibilization of time and reference in the GNSS are perceived. Keywords: GNSS. Time Series. Velocity Model. Kriging. Uncertainty Propagation.