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Índice do trabalho
1. Apresentação
2. Metodologia do trabalho
3. Introdução
4. Instituto Geográfico Português (IGP)
4.1. Rede Nacional de Estações Permanentes
5. Projecto SERVIR do IGeoE
5.1. Implementação
5.2. Equipamentos de rede utilizados e as suas valências
5.3. Serviços disponibilizados
5.4. Formas de comunicar com o SERVIR
6. Conclusão
7. Referências
8. Anexos
8.1. Rede EPN (EUREF Permanent Network)
8.2. Interface da Rede RTK do IGeoE
Trabalho realizado para a disciplina de Sistemas de Informação Geográficos (SIG) leccionada pelo professor Doutor Rui Pedro Julião, no ano lectivo de 2006/2007.
Queria agradecer ao Sr. TCOR António Jaime Gago Afonso pela disponibilidade e colaboração neste trabalho. Se não fosse a ajuda do Sr. TCOR não era possível realizar este trabalho.
1. Apresentação
Hoje em dia, a Missão do Exército não se restringe apenas a realizar missões armadas, porque ao mesmo tempo que grupos operacionais realizam missões de controlo e paz na Bósnia, no Kosovo ou no Afeganistão, outras Unidades Militares do Exército disponibilizam serviços do maior interesse para os cidadãos.
Hoje em dia, a Missão do Exército não se restringe apenas a realizar missões armadas, porque ao mesmo tempo que grupos operacionais realizam missões de controlo e paz na Bósnia, no Kosovo ou no Afeganistão, outras Unidades Militares do Exército disponibilizam serviços do maior interesse para os cidadãos.
Um dos exemplos é o Instituto Geográfico do Exército que tem na Internet um visualizador de informação geográfica, o IGeoE-SIG, que utiliza as cartas existentes para dar informação pormenorizada em igeoe.pt. e lançou já no primeiro trimestre de 2006 um projecto denominado SERVIR, que permite através de telemóvel ou rádio obter correcções diferenciais GPS (Global Positionning System) e adquirir informação geo-referênciada com coordenadas centimétricas, quando actualmente e com os aparelhos disponíveis no mercado se trabalha com margens de erro que podem chegar aos 10 metros, em posicionamento absoluto.
2. Metodologia de trabalho
Neste estudo, para cumprir os objectivos traçados recorri a dois tipos de metodologias: quantitativas e qualitativas.
Nas quantitativas recolhi tudo o que fosse quantificável junto do Instituto Geográfico do Exército (IGeoE) que se revelou muito prestável para ajudar, e através do Boletim Informativo Nº 1 de Novembro de 2006 do projecto SERVIR.
Nas qualitativas socorri-me do estado da arte, de informação fornecida pelo IGeoE, pelo trabalho de campo realizado, entrevistando Sr. TCor António Jaime Gago Afonso, pela Internet no caso do IGP, o que reflecte uma menor recolha de informação sobre a RENEP do IGP.
O relatório incide quase na totalidade sobre a rede SERVIR, fazendo inicialmente referência (ponto 4) á rede NENEP do IGP, finalizando com uma relação comparativa na conclusão. Ao elaborar este relatório, recorri às abreviaturas de Instituto Geográfico do Exército (IGeoE) e Instituto Geográfico Português (IGP).
3. Introdução
Actualmente em Portugal utiliza-se para trabalhos topográficos com GPS, a metodologia Base-RTK, que consiste em colocar um receptor GPS num ponto de coordenadas conhecido o qual envia as correcções através de rádio modem para um outro receptor móvel, de forma a que este adquira coordenadas centimétricas dos pontos pretendidos.
Para optimizar este trabalho de campo há actualmente em Portugal Continental a intenção de implementar redes de estações de referência GPS para posicionamento em tempo real. No caso concreto a RENEP do IGP e a rede SERVIR do IGeoE.
4. Instituto Geográfico Português (IGP)
4.1. Rede Nacional de Estações Permanentes (RENEP)
A RENEP é um serviço de utilidade pública e do próprio IGP, com a finalidade de determinar e fornecer aos utilizadores coordenadas geográficas com margens de erro da ordem dos 5 centímetros.
A RENEP é um serviço de utilidade pública e do próprio IGP, com a finalidade de determinar e fornecer aos utilizadores coordenadas geográficas com margens de erro da ordem dos 5 centímetros.
Algumas das estações de referência da RENEP (Figura 1, a azul), pertencem à rede EPN (EUREF Permanent Network), no caso concreto o da estação permanente de GPS instalada em Cascais em 1997 que integrou esta rede em 1998, e mais sete foram instaladas em Portugal de 2000.
Pretende a nível externo melhorar o serviço público, onde pode participar em estudos científicos, e a nível interno colmatar as necessidades internas de apoio ao posicionamento de precisão nas áreas da cartografia e cadastro. Para o efeito estão a melhorar as suas estações permanentes GNSS para operarem em RTK no sistema ETRS89 (European Terrestrial Reference System).
Os dados podem ser obtidos de forma gratuita, sendo para isso necessário uma pré inscrição na página Web do IGP.
A rede possui uma distribuição homogénea e uma sobreposição eficaz, sendo que a distância de estação a estação não ultrapassa os 80 km.
A presente configuração da rede do IGP não permite a cobertura eficaz de todo o território nacional, possuindo 9 estações essenciais de manutenção do referencial geodésico no Continente, 4 no arquipélago dos açores e 2 no arquipélago da madeira, e 30 estações de posicionamento e navegação (Nível 2) no continente, com configuração mais leve (Figura 1, a amarelo).
A funcionar em modo de base RTK já estão 11 estações no Continente, esperando colocar em 2007 mais 17 novas estações, deixando as restantes para 2008.
As mensagens de correcção, são enviadas em formato padrão RTCM, e os serviços ao público através da técnica RTK e DGPS são gratuitos.
Os serviços disponibilizados, além de permitirem pós-processamento, facultam posicionamento e navegação com um rigor melhor que 5 centímetros através da técnica RTK em tempo quase real, e 2 metros através DGPS (Differential GPS).
5. Projecto SERVIR
5.1. Implementação
O projecto SERVIR foi desenvolvido com o objectivo de criar uma rede de estações de referência GNSS (Global Navigation Satellite System) para RTK (Real Time Kinematic), numa primeira fase na Área Metropolitana de Lisboa, que posteriormente seria alargada a todo litoral do Centro e Norte de Portugal Continental.
O SERVIR é formado por três componentes principais: - Conjunto de estações de referência GNSS localizadas de forma precisa ao longo do Território Nacional Continental; Sistema de comunicações fiável e um Centro de cálculo, de monitorização e controlo de todo o sistema de forma a garantir um bom funcionamento, minimizando assim as possibilidades de ocorrência de erros.
Toda a concepção e desenvolvimento do Projecto, toda a arquitectura da rede SERVIR e todo o trabalho de montagem das estações de referência foram elaborados pelos elementos IGeoE. A equipa responsável pela configuração e gestão da rede é composta por Engenheiros Informáticos e Geógrafos do IGeoE, permitindo assim consolidar o conhecimento do sistema e economizar recursos.
O sistema de referência que vai ser adoptado é o ETRS89; referencial recomendado para a Cartografia Nacional e utilizado pelos Países Europeus, e, é neste referencial que as correcções diferenciais serão difundidas.
As Altitudes fornecidas pela rede SERVIR são Elipsóidais e não Ortométricas (COTA). No futuro esta rede poderá ter no máximo entre 40 a 50 estações, incluindo Universidades ou outras entidades.
A primeira fase em 2005, consistiu na colocação de 7 estações de referência GPS na Grande Área Metropolitana de Lisboa, que começaram a funcionar em Abril de 2006.
As estações foram colocadas em Alcochete, Serra da Arrábida, Caldas da Rainha, Mafra, Paço de Arcos, Santarém e Vendas Novas (Figura 2).
Após 6 meses a laborar (Abril a Setembro de 2006), verificou-se através de inquérito, que os utilizadores estão satisfeitos com os serviços prestados pelo projecto, originando uma alteração das prioridades de instalação das estações de referência (inicialmente só para Norte) de modo a incluir já nesta fase o alargamento ao Alentejo (Beja, Cercal, Coimbra, Espinho, Évora, Leiria, Santa Margarida, São Jacinto e Viseu), e Algarve (Faro e Sagres) numa terceira fase (2007) cobrindo as regiões do interior do País. (Figura 3).
5.2. Equipamentos de rede utilizados e as suas valências
A estrutura da rede (Figura 4) deste projecto foi criada de modo a assegurar segurança informática, existindo para isto uma Rede Privada constituída por quatro computadores no centro de cálculo, com uma firewall na recepção dos pedidos feitos pela Internet e outra na entrada da informação vinda das antenas, sendo estas também constituídas por uma rede fechada.
A rede dispõe de fiabilidade e rapidez de funcionamento, muito devido a dois computadores de cálculo (RTKNet1 e RTKNet2) por dois motivos, quando a afluência de pedidos é elevada, a “carga” é dividida pelos dois computadores e em situação de avaria de um processador, fica sempre o outro a funcionar com capacidade de processamento até 50 pedidos em simultâneo.
Na prática, os pedidos efectuados pelos utilizadores são recebidos pelo computador WebServer após um rastreio da firewall, e este encaminha o pedido ao computador de cálculo que estiver mais livre para efectuar o respectivo cálculo. O SPLITTER (computador que está sincronizado com cada estação de referência) envia as observações GPS para os computadores de cálculo de modo a que estes possam gerar as correcções diferenciais pretendidas.
Os dois computadores de cálculo (RTKNet1 e RTKNet2), executam as seguintes tarefas:
Verificam a qualidade dos dados GNSS observados e importados de cada estação de referência;
Verificam e validam os ficheiros RINEX armazenados e posteriormente disponibilizados aos utilizadores;
Corrigem o centro de fase das antenas geodésicas GNSS;
Estimam os erros ionosféricos, troposféricos e efemérides;
Geram as respectivas mensagens de correcção VRS (Virtual Reference Station) para cada utilizador no terreno, quer em formato proprietário CMR e CMR+ (Compact Measurement Record), quer em formato padrão RTCM 2.3 e RTCM 3.0 (Rádio Technical Comission for Maritime Services).
5.3. Serviços disponibilizados
Para além das Forças Armadas, todos os cidadãos podem usufruir do SERVIR em todas as vertentes, desde que possuam permissão, bastando para isso aceder á página Web do IGeoE (IP: 213.63.136.12) e fazer uma pequena inscrição sem custos, que serve para o IGeoE controlar quem acede ao projecto.
Os serviços disponibilizados são diversos:
DGPS, ate ao máximo de 5 utilizadores em simultâneo e as mensagens de correcções de diferencias são disponibilizadas no formato RTCM 2.3;
RTK, até um máximo de 45 utilizadores em simultâneo e as mensagens de correcções de diferencias são disponibilizadas nos formatos, CMR, CMR+, RTCM 2.3 e RTCM 3.0;
RINEX, análise de dados em pós-processamento, e é possível descarregar os ficheiros da Web.
5.4. Formas de comunicar com o SERVIR
Via Rádio – É benéfico ás unidades militares, no sentido que os custos são reduzidos através da utilização da rede militar de comunicações e assim as correcções diferenciais são enviadas através de um rádio modem com frequências próprias.
Via GSM – Este formato só é utilizado em casos especiais de gravidade, no caso do computador WebServer não funcionar, isto porque os custos de comunicação são maiores e não permite ao IGeoE de forma clara saber quem esta a utilizar o SERVIR, apenas dá a indicação do numero de telefone que está a ser utilizado, o que para efeitos comerciais a gestão é mais complexa.
Via GPRS – É a forma indicada para controlar o acesso ao SERVIR já que o IGeoE possui IP para a sua Internet, e é mais económico que o GSM.
Via http – permite aos utilizadores descarregarem os ficheiros RINEX através da página Web do SERVIR. Os acessos são controlados através de senha.
Via FTP - Quando se pretende fazer transferência de muita informação e com uma periodicidade elevada (ex. Universidades), não são os utilizadores que fazem essa transferência, mas sim é o IGeoE que coloca essa informação nos computadores dos utilizadores.
6. Conclusão
Do exposto infere-se que a RENEP actualmente (figura1) não está a gerar correcções diferenciais em modo rede RTK mas sim do ponto de vista individual de cada estação de referência GNSS. Ao contrário a rede SERVIR que está implementada (figura2) está a gerar correcções diferenciais em modo rede RTK.
Estas redes permitem a rapidez de execução do trabalho de campo, bastando poucos minutos ou mesmo segundos desde o pedido de informação até á obtenção das coordenadas precisas, agregando o menor número de recursos humanos, financeiros e logísticos, que confere uma maior produtividade.
Contudo, nem tudo é bom e no reverso da moeda existem alguns inconvenientes, como a insuficiência da rede telemóvel na cobertura da área de trabalho, no caso da rede SERVIR a localização de instalações militares onde se possam colocar as estações GPS que condiciona o seu dispositivo no Território Nacional, e a fiabilidade da rede de comunicações do Exército, o que até agora não tem criado qualquer problema.
7. Referências
• Boletim Informativo Nº 1 – Novembro de 2006/Projecto Servir
• ESIG 2006 – Apresentação do IGP e do EGeoE
• http://www.igp.pt/
• http://www.egeoe.pt/
8. Anexos
8.1. Rede EPN (EUREF Permanent Network)
8.2. Interface da Rede RTK do IGeoE
5. Projecto SERVIR
5.1. Implementação
O projecto SERVIR foi desenvolvido com o objectivo de criar uma rede de estações de referência GNSS (Global Navigation Satellite System) para RTK (Real Time Kinematic), numa primeira fase na Área Metropolitana de Lisboa, que posteriormente seria alargada a todo litoral do Centro e Norte de Portugal Continental.
O SERVIR é formado por três componentes principais: - Conjunto de estações de referência GNSS localizadas de forma precisa ao longo do Território Nacional Continental; Sistema de comunicações fiável e um Centro de cálculo, de monitorização e controlo de todo o sistema de forma a garantir um bom funcionamento, minimizando assim as possibilidades de ocorrência de erros.
Toda a concepção e desenvolvimento do Projecto, toda a arquitectura da rede SERVIR e todo o trabalho de montagem das estações de referência foram elaborados pelos elementos IGeoE. A equipa responsável pela configuração e gestão da rede é composta por Engenheiros Informáticos e Geógrafos do IGeoE, permitindo assim consolidar o conhecimento do sistema e economizar recursos.
O sistema de referência que vai ser adoptado é o ETRS89; referencial recomendado para a Cartografia Nacional e utilizado pelos Países Europeus, e, é neste referencial que as correcções diferenciais serão difundidas.
As Altitudes fornecidas pela rede SERVIR são Elipsóidais e não Ortométricas (COTA). No futuro esta rede poderá ter no máximo entre 40 a 50 estações, incluindo Universidades ou outras entidades.
A primeira fase em 2005, consistiu na colocação de 7 estações de referência GPS na Grande Área Metropolitana de Lisboa, que começaram a funcionar em Abril de 2006.
As estações foram colocadas em Alcochete, Serra da Arrábida, Caldas da Rainha, Mafra, Paço de Arcos, Santarém e Vendas Novas (Figura 2).
Após 6 meses a laborar (Abril a Setembro de 2006), verificou-se através de inquérito, que os utilizadores estão satisfeitos com os serviços prestados pelo projecto, originando uma alteração das prioridades de instalação das estações de referência (inicialmente só para Norte) de modo a incluir já nesta fase o alargamento ao Alentejo (Beja, Cercal, Coimbra, Espinho, Évora, Leiria, Santa Margarida, São Jacinto e Viseu), e Algarve (Faro e Sagres) numa terceira fase (2007) cobrindo as regiões do interior do País. (Figura 3).
5.2. Equipamentos de rede utilizados e as suas valências
A estrutura da rede (Figura 4) deste projecto foi criada de modo a assegurar segurança informática, existindo para isto uma Rede Privada constituída por quatro computadores no centro de cálculo, com uma firewall na recepção dos pedidos feitos pela Internet e outra na entrada da informação vinda das antenas, sendo estas também constituídas por uma rede fechada.
A rede dispõe de fiabilidade e rapidez de funcionamento, muito devido a dois computadores de cálculo (RTKNet1 e RTKNet2) por dois motivos, quando a afluência de pedidos é elevada, a “carga” é dividida pelos dois computadores e em situação de avaria de um processador, fica sempre o outro a funcionar com capacidade de processamento até 50 pedidos em simultâneo.
Na prática, os pedidos efectuados pelos utilizadores são recebidos pelo computador WebServer após um rastreio da firewall, e este encaminha o pedido ao computador de cálculo que estiver mais livre para efectuar o respectivo cálculo. O SPLITTER (computador que está sincronizado com cada estação de referência) envia as observações GPS para os computadores de cálculo de modo a que estes possam gerar as correcções diferenciais pretendidas.
Os dois computadores de cálculo (RTKNet1 e RTKNet2), executam as seguintes tarefas:
Verificam a qualidade dos dados GNSS observados e importados de cada estação de referência;
Verificam e validam os ficheiros RINEX armazenados e posteriormente disponibilizados aos utilizadores;
Corrigem o centro de fase das antenas geodésicas GNSS;
Estimam os erros ionosféricos, troposféricos e efemérides;
Geram as respectivas mensagens de correcção VRS (Virtual Reference Station) para cada utilizador no terreno, quer em formato proprietário CMR e CMR+ (Compact Measurement Record), quer em formato padrão RTCM 2.3 e RTCM 3.0 (Rádio Technical Comission for Maritime Services).
5.3. Serviços disponibilizados
Para além das Forças Armadas, todos os cidadãos podem usufruir do SERVIR em todas as vertentes, desde que possuam permissão, bastando para isso aceder á página Web do IGeoE (IP: 213.63.136.12) e fazer uma pequena inscrição sem custos, que serve para o IGeoE controlar quem acede ao projecto.
Os serviços disponibilizados são diversos:
DGPS, ate ao máximo de 5 utilizadores em simultâneo e as mensagens de correcções de diferencias são disponibilizadas no formato RTCM 2.3;
RTK, até um máximo de 45 utilizadores em simultâneo e as mensagens de correcções de diferencias são disponibilizadas nos formatos, CMR, CMR+, RTCM 2.3 e RTCM 3.0;
RINEX, análise de dados em pós-processamento, e é possível descarregar os ficheiros da Web.
5.4. Formas de comunicar com o SERVIR
Via Rádio – É benéfico ás unidades militares, no sentido que os custos são reduzidos através da utilização da rede militar de comunicações e assim as correcções diferenciais são enviadas através de um rádio modem com frequências próprias.
Via GSM – Este formato só é utilizado em casos especiais de gravidade, no caso do computador WebServer não funcionar, isto porque os custos de comunicação são maiores e não permite ao IGeoE de forma clara saber quem esta a utilizar o SERVIR, apenas dá a indicação do numero de telefone que está a ser utilizado, o que para efeitos comerciais a gestão é mais complexa.
Via GPRS – É a forma indicada para controlar o acesso ao SERVIR já que o IGeoE possui IP para a sua Internet, e é mais económico que o GSM.
Via http – permite aos utilizadores descarregarem os ficheiros RINEX através da página Web do SERVIR. Os acessos são controlados através de senha.
Via FTP - Quando se pretende fazer transferência de muita informação e com uma periodicidade elevada (ex. Universidades), não são os utilizadores que fazem essa transferência, mas sim é o IGeoE que coloca essa informação nos computadores dos utilizadores.
6. Conclusão
Do exposto infere-se que a RENEP actualmente (figura1) não está a gerar correcções diferenciais em modo rede RTK mas sim do ponto de vista individual de cada estação de referência GNSS. Ao contrário a rede SERVIR que está implementada (figura2) está a gerar correcções diferenciais em modo rede RTK.
Estas redes permitem a rapidez de execução do trabalho de campo, bastando poucos minutos ou mesmo segundos desde o pedido de informação até á obtenção das coordenadas precisas, agregando o menor número de recursos humanos, financeiros e logísticos, que confere uma maior produtividade.
Contudo, nem tudo é bom e no reverso da moeda existem alguns inconvenientes, como a insuficiência da rede telemóvel na cobertura da área de trabalho, no caso da rede SERVIR a localização de instalações militares onde se possam colocar as estações GPS que condiciona o seu dispositivo no Território Nacional, e a fiabilidade da rede de comunicações do Exército, o que até agora não tem criado qualquer problema.
7. Referências
• Boletim Informativo Nº 1 – Novembro de 2006/Projecto Servir
• ESIG 2006 – Apresentação do IGP e do EGeoE
• http://www.igp.pt/
• http://www.egeoe.pt/
8. Anexos
8.1. Rede EPN (EUREF Permanent Network)
8.2. Interface da Rede RTK do IGeoE
