1 ____________________________________ ¹ Engenheiro Civil, pós-graduando em Geotecnologias: Soluções de Inteligência Geográfica pela Escola de Engenharia de Agrimensura. ² Geógrafa, Mestre em Geografia pela Universidade de Brasília e Doutora em Sociologia pela Universidade Federal da Paraíba. FERRAMENTAS DE GEOTECNOLOGIAS UTILIZADAS PARA O DIMENSIONAMENTO DE CUSTOS DE RECUPERAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS GEOTECHNOLOGY TOOLS USED FOR THE SIZE OF RECOVERY COSTS OF DEGRADED AREAS Carlos Henrique Costa de Oliveira Mendonça ¹ Vanessa José da Rocha ² RESUMO O presente trabalho expõe uma análise comparativa entre coordenadas UTM obtidas por métodos distintos para a elaboração de um Plano de Recuperação de Áreas Degradadas (PRAD). Analisar a influência da precisão das coordenadas na orçamentação do referido plano é a finalidade deste trabalho, com foco na região de Paramirim - BA. Foram realizados dois levantamentos da mesma área, utilizando receptores GNSS geodésico e de navegação. Os resultados apontaram que houve uma pequena variação quanto a área e média variação quanto ao perímetro, com uma alta diferença quanto ao deslocamento entre os pontos de 12,73m em média. Os valores entre as áreas aferidas pelos equipamentos apontaram uma diferença de 4,18% quanto a área e 11,32% quanto ao perímetro. Chegou-se à conclusão de que para serviços em que qualquer diferença de valores represente um acréscimo significativo do valor final total, como o PRAD em questão, a utilização de receptores GNSS geodésicos é eficaz e adequado. Palavras-chave: Recuperação de áreas degradadas, PRAD, GNSS, Coordenadas UTM, Geotecnologias.
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FERRAMENTAS DE GEOTECNOLOGIAS UTILIZADAS PARA O ...
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¹ Engenheiro Civil, pós-graduando em Geotecnologias: Soluções de Inteligência Geográfica pela Escola
de Engenharia de Agrimensura.
² Geógrafa, Mestre em Geografia pela Universidade de Brasília e Doutora em Sociologia pela
Universidade Federal da Paraíba.
FERRAMENTAS DE GEOTECNOLOGIAS UTILIZADAS PARA O
DIMENSIONAMENTO DE CUSTOS DE RECUPERAÇÃO DE ÁREAS
DEGRADADAS
GEOTECHNOLOGY TOOLS USED FOR THE SIZE OF RECOVERY COSTS OF
DEGRADED AREAS
Carlos Henrique Costa de Oliveira Mendonça ¹
Vanessa José da Rocha ²
RESUMO
O presente trabalho expõe uma análise comparativa entre coordenadas UTM obtidas por
métodos distintos para a elaboração de um Plano de Recuperação de Áreas Degradadas
(PRAD). Analisar a influência da precisão das coordenadas na orçamentação do referido plano
é a finalidade deste trabalho, com foco na região de Paramirim - BA. Foram realizados dois
levantamentos da mesma área, utilizando receptores GNSS geodésico e de navegação. Os
resultados apontaram que houve uma pequena variação quanto a área e média variação quanto
ao perímetro, com uma alta diferença quanto ao deslocamento entre os pontos de 12,73m em
média. Os valores entre as áreas aferidas pelos equipamentos apontaram uma diferença de
4,18% quanto a área e 11,32% quanto ao perímetro. Chegou-se à conclusão de que para serviços
em que qualquer diferença de valores represente um acréscimo significativo do valor final total,
como o PRAD em questão, a utilização de receptores GNSS geodésicos é eficaz e adequado.
Palavras-chave: Recuperação de áreas degradadas, PRAD, GNSS, Coordenadas UTM,
Geotecnologias.
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ABSTRACT
The present work presents a comparative analysis between the UTM coordinates through
different methods for the elaboration of a Plan of Recovery of Degraded Areas (PRAD). To
analyze the influence of precision on the coordinates of the work plan, focusing on the region
of Paramirim - BA. Two surveys of the same area were launched, using geodetic and navigation
GNSS receivers. The results showed that there was a small amount of space and space size over
a mean of 12.73 m. The values between the areas measure the levels of 4.18% in relation to the
area and 11.32% in the perimeter. It has been concluded that for services where any difference
in values represents a significant increase in the total final value, such as the PRAD in question,
the use of geodetic GNSS receivers is effective and adequate.
Keywords: Recovery of degraded áreas, PRAD, GNSS, UTM coordinates, Geotechnologies.
1 INTRODUÇÃO
Geodésia é a ciência que tem por objetivo determinar a forma e as dimensões da
Terra, bem como os parâmetros definidores de seu campo da gravidade e suas variações
temporais (GEMAEL, 1999, p.19).
Dentro da geodésia, existe uma ramificação que utiliza das observações de corpos
celestes no espaço para determinar as distâncias e direções entre o planeta Terra e outros corpos,
como satélites artificiais por exemplo. Esta ramificação é denominada como geodésia espacial.
Nesta, estudam-se a fundo, dentre outros inúmeros tópicos, as técnicas de posicionamento, em
especial o GNSS (Global Navigation Satellite System), sigla em inglês que significa Sistema de
Navegação Global por Satélite.
O sistema GNSS (Global Navigation Satellite Systems) viabiliza o conhecimento
da localização de qualquer objeto sobre a superfície terrestre através das informações de
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latitude, da longitude e da altitude geométrica, bem como o tempo. (HUINCA E KRUEGER,
2010).
O referido sistema de navegação global por satélite é composto por outros
“subsistemas”, os chamados sistemas de posicionamento, que são o NAVSTAR - GPS
(NAVigation Satellite with Time And Ranging - Global Positioning System), sigla em inglês que
significa Satélite de Navegação com Tempo e Alcance - Sistema de Posicionamento Global
(em tradução livre), o popular GPS; GLONASS (Global Orbiting Navigation Sattelite System),
Sistema de navegação por satélite de órbita global em tradução livre, sistema de posicionamento
Russo, além do Galileo de origem europeia e do BeiDou-2 de origem chinesa, porém, estes
últimos não estão em pleno funcionamento.
Segundo Alves, Abreu e Souza (2013):
Além desses sistemas, também compõem o GNSS os sistemas de aumento - SBAS
(Satellite Based Augmentation System) -, como o WAAS (Wide Area Augmentation Service) nos Estados Unidos, EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay
Service) na Europa, MSAS (Multifunctional Satellite Augmentation System) no
Japão, GAGAN (GPS Aided GEO Augmented Navigation) na Índia, entre outros.
Através da utilização de determinados equipamentos que recebem e interpretam os
sinais GNSS, é possível realizar serviços com alta taxa de precisão e acurácia, dentre inúmeros
exemplos, cabe destacar alguns relevantes como a demarcação de Reserva Legal (RL),
demarcação de Áreas de Preservação Permanente (APP), sensoriamento remoto, confecção de
mapas para estudos ambientais e urbanísticos, georreferenciamento de imóveis rurais e, projetos
de recuperação de ambientes degradados ou áreas alteradas.
Este último exemplo, em especial, é caracterizado como a recuperação de uma
parcela de terra, sobretudo do solo degradado, regressar ao seu estado de conservação natural,
com a plena saúde e capacidade produtiva característica. Para alcançar este objetivo, é
fundamental a utilização de determinadas técnicas, sobretudo técnicas de topografia e com a
utilização de geotecnologias para realizar o monitoramento contínuo do solo e meio ambiente.
A partir destas técnicas, a tomada de decisão sobre como proceder com o solo, se
torna mais fácil, por se basearem em dados confiáveis, os custos de uma eventual recuperação
tendem a ser menores em comparação a dados provenientes de métodos antiquados.
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Deste modo, o objetivo deste artigo é avaliar a precisão de coordenadas cartesianas
bidimensionais (UTM) obtidas por 2 equipamentos receptores de sinais GNSS distintos, sendo
um geodésico (de precisão) e outro de navegação, comparando-os e aplicando-os ao
dimensionamento de custos para a realização de um Programa de Recuperação de Áreas
Degradadas em uma propriedade rural de pequeno porte, analisando os custos em dois cenários
distintos: um cenário com condições ambientais favoráveis (CAF) e outro cenário com
condições ambientais desfavoráveis (CAD).
2 SISTEMAS DE POSICIONAMENTO POR SATÉLITE
A princípio, os sistemas de posicionamento por satélite foram concebidos para a
utilização de forças militares em situações adversas, permitindo que os mesmos, através de um
prévio treinamento e equipamento receptor de sinais GNSS em mãos, determinassem a sua
própria localização na superfície terrestre. Posteriormente, estes sistemas foram
disponibilizados aos civis.
De acordo com Lima (2005):
Atualmente existem diversos sistemas de posicionamento e navegação com diferentes
princípios físicos, tecnologias e desempenhos, sendo que a integração de dois ou mais
destes sistemas vem sendo pesquisada, em diversas áreas da ciência e da engenharia,
com o objetivo de desenvolver sistemas híbridos mais eficientes que os sistemas
operando de forma separada.
O sistema de posicionamento NAVSTAR - GPS (NAVigation Satellite with Time
And Ranging - Global Positioning System), foi criado pelo Departamento de Defesa do Estados
Unidos da América a partir do ano de 1978. Buscando atender à crescente demanda por
informações espaciais com alta precisão para o público militar, este sistema foi disponibilizado
ao público geral (civil) posteriormente de forma gratuita, todavia, a precisão do mesmo foi
bastante reduzida.
O sistema NAVSTAR - GPS, popularmente conhecido como simplesmente GPS, é
composto por uma constelação de satélites e de equipamentos, localizados em solo terrestre e
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no espaço em órbita. A composição do sistema é dividida em segmentos, que são: o segmento
espacial, o segmento de controle e o do usuário.
O segmento espacial é composto por 6 planos orbitais, que possuem no mínimo 24
satélites, distribuídos em grupos de 4 unidades por órbita, com o distanciamento entre si iguais
para todos, orbitando a Terra numa altitude de 20.200 km em média. Os planos orbitais possuem
uma inclinação de 55° relacionadas ao Equador e seu período orbital é de 12 horas siderais
(MONICO, 2007).
De acordo com Alves (2006):
Todos os satélites são controlados pelas estações terrestres de gerenciamento. Existe
uma “estação master”, localizada no Colorado (Estados Unidos), que, com o auxílio
de cinco estações de gerenciamento espalhadas pelo planeta, monitoram o
desempenho total do sistema, corrigindo as posições dos satélites e reprogramando o
sistema com o padrão necessário.
O segmento de controle é responsável pelo monitoramento e pelo controle do
sistema responsável pela trajetória da órbita dos satélites, pela correção e ajuste dos relógios
atômicos acoplados aos satélites e, atualizar de forma periódica mensagens de navegação de
cada um dos satélites. Composto por 5 estações de monitoramento em solo terrestre, 3 estações
são responsáveis pela transmissão de dados aos satélites enquanto uma outra, é denominada
como controle central.
Por fim, o último segmento é o segmento do usuário ou do utilizador, nada mais é
do que os receptores dos sinais GPS que, a partir dos dados recebidos pela constelação de
satélites, calculam a posição do mesmo na superfície terrestre em três dimensões: latitude,
longitude e altitude. Atualmente, é o sistema mais popular e mais utilizado no mundo para
diversos fins como navegação, engenharia, cartografia, agricultura, etc.
O sistema de posicionamento GLONASS (Global Orbiting Navigation Sattelite
System), sigla para Sistema de Navegação Gloval por Satélite, foi desenvolvido pela então
União das Repúblicas Socialistas Soviética (URSS) a partir do ano de 1970, porém, com as
operações iniciando no final do ano de 1995. Ao decorrer dos anos, houve uma expressiva
redução dos satélites componentes da constelação do sistema, sendo que, não havia lançamento
de novos satélites reservas para substituir os antigos que por motivos adversos não estavam
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mais em operação. Em 2005, a constelação constava com apenas 12 satélites se bem que em
alguns momentos esse número foi até menor (MONICO, 2007).
De forma análoga ao que ocorreu com o sistema de posicionamento norte
americano, o GLONASS também foi desenvolvido para a utilização dos militares. Atualmente
é administrado pelo governo da Rússia e está disponível para a utilização do público civil russo
e dos demais habitantes de todo o mundo.
3 SISTEMAS DE REFERÊNCIA
Sistemas de referência ou referenciais são sistemas de coordenadas que mensuram
determinadas grandezas como posição, campo gravitacional, aceleração, velocidade, etc.
De acordo com o IBGE (2018):
Os sistemas de referência, são utilizados para descrever as posições de objetos. Quando é necessário identificar a posição de uma determinada informação na
superfície da Terra são utilizados os Sistemas de Referência Terrestres ou Geodésicos.
Estes por sua vez, estão associados a uma superfície que mais se aproxima da forma
da Terra, e sobre a qual são desenvolvidos todos os cálculos das suas coordenadas. As
coordenadas podem ser apresentadas em diversas formas: em uma superfície esférica
recebem a denominação de coordenadas geodésicas e em uma superfície plana
recebem a denominação da projeção às quais estão associadas, como por exemplo, as
coordenadas planas UTM.
Atualmente, adota-se o sistema de referência SIRGAS2000 (Sistema de Referência
Geocêntrico para as Américas) como referencial padrão no Brasil. Justifica-se a escolha deste
referencial por ocasião de os seus valores característicos são equivalentes aos do sistema de
referência WGS84 (World Geodetic System 84) que, por sua vez, é o elipsóide de referência
utilizado nos métodos de posicionamento via GNSS. Portanto, o sistema adotado como padrão
no Brasil é compatível com os modelos matemáticos para o cálculo do posicionamento via
sinais GNSS.
A tabela 1 apresenta os principais parâmetros do referido referencial.
Tabela 1: Principais parâmetros do SIRGAS2000.
Elipsóide Semieixo
maior (a)
Achatamento
(f)
Orientação Estações de
Referência
GRS-80 (Geodetic Reference
System 1980 - GRS80)
6.378.137 m 1/298,257222
101
±0,005” 21
Fonte: IBGE, 2005; adaptado pelo autor.
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O traçado de linhas com finalidade de representar os meridianos de longitude e, os
paralelos de latitude numa superfície plana são chamados de projeção cartográfica. Esta, é a
base para a elaboração de mapas cartográficos visando minimizar eventuais distorções e
imperfeições. O sistema de projeção cartográfica em que a projeção de Mercator é modificada
a partir de um cilindro e do seu corte à secante quanto ao esferoide terrestre se chama Sistema
UTM, ou Universal Transversa de Mercator. Desta, provem coordenadas cartesianas
bidimensionais a partir dos 60 fusos com amplitude de 6º de longitude, latitudes limitadas pelos
paralelos 84º N e 80º S que, associados a projeção Estereográfica Polar Universal (Universal
Polar Stereographic) cobrem toda a face terrestre.
A figura 1 apresenta a representação do formato e projeção do referido sistema.
Figura 1: Projeção Cilíndrica Transversa de Mercator - Cilindro Secante.
Fonte: IBGE, 2018; adaptado pelo autor.
Adotado na produção de cartas topográficas do Sistema Cartográfico Nacional do
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) e da DSG (Diretoria de Serviços
Geográficos do Exército Brasileiro), os seus principais parâmetros do sistema UTM são
expostos no quadro 1.
Quadro 1 - Principais Parâmetros do Sistema UTM.
Projeção: Transversa de Mercator em fusos de 6º de
amplitude
Latitude de Origem: 0° (Equador)
Longitude de Origem: A do meridiano central de cada fuso
Translação Norte - Sul: 0 m para o hemisfério norte
10.000.000 m para o hemisfério sul
Translação E - 0: 500.000 m
Fator de Escala no Meridiano Central: 0.9996
Numeração das Zonas: A partir do antimeridiano de Greenwich,
para leste:
Zona 1: 180° W a 174° W
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Zona 60: 174° E a 180° E
Limites em Latitude: 84° N e 80° S
Elipsóide de Referência Elipsóide Internacional de Referência de
1967 (o mesmo adotado pelo SAD-69)
Semi-eixo maior: A= 6.378.160 m
Achatamento: F= 1/298,25 Fonte: IBGE, 1995, p. 11; adaptado pelo autor.
4 TÉCNICAS DE POSICIONAMENTO
A grosso modo, técnicas de posicionamento são métodos de realização de
levantamentos topográficos e geodésicos com o uso de receptores GNSS obedecendo
parâmetros predeterminados. Estes, são classificados em 4 tipos distintos, são eles o
Posicionamento por Ponto (absoluto ou autônomo), Posicionamento por Ponto Preciso (PPP),
Posicionamento Relativo e Posicionamento Relativo Cinemático em Tempo Real (RTK).
O Posicionamento por Ponto (absoluto ou autônomo) utiliza do Código C/A (Coarse
Acquisition) da onda L1 emitidas por no mínimo 3 satélites para determinar as coordenadas de
um determinado ponto na superfície terrestre. Através da medição da distância entre o receptor
GNSS aos satélites, a posição do equipamento é determinada com agilidade e rapidez. Ao
contrário do que sugere a tradução do significado do código mencionado, os dados brutos
adquiridos não permitem um tratamento posterior, portanto não fornecem confiabilidade e, a
baixa precisão dos resultados, com erros na casa dos 10 metros, limita a sua utilização para
atividades com pouca necessidade de acurácia como trekking, levantamentos expeditos,
atividades físicas ao ar livre, etc.
O Posicionamento por Ponto Preciso utiliza as ondas L1 e L2 para obter seus dados,
através de um único receptor GNSS, que diferentemente da técnica anterior, permite um pós-
processamento dos dados através de um sistema automatizado via internet no site do IBGE. O
PPP necessita um maior intervalo de tempo para coleta de observações para cada ponto, tendo
em vista a superabundância de informações e, consequentemente, um resultado mais preciso,
porém, não sendo em tempo real.
O Posicionamento Relativo Estático utiliza as ondas L1 e L2 para obter seus dados,
entretanto, diferentemente das duas técnicas mencionadas anteriormente, utiliza-se dois
receptores GNSS que atuam de forma simultânea. O primeiro receptor GNSS atua como uma
estação base imóvel, ou seja, ela permanece estática obtendo seus dados de forma contínua e
ininterrupta por todo o período de tempo do levantamento. O segundo receptor GNSS atua
como uma estação móvel, ou seja, ela se desloca de ponto em ponto para a obtenção dos seus
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dados, permanecendo um determinado período de tempo que varia de acordo com as condições
climáticas, objetos próximos que podem atrapalhar no recebimento dos sinais, etc.
Após a realização do levantamento, as duas estações, a base imóvel e a base móvel são
descarregadas em um computador e, com o intermédio de softwares específicos, é realizado o
pós-processamento destes dados descarregados. A partir de pontos com coordenadas
previamente conhecidas que são os pontos da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo
(RBMC), ocorre a correção dos dados obtidos pela estação base que, posteriormente, corrigem
os dados da estação móvel, oferecendo precisão milimétrica as coordenadas obtidas.
Real Time Kinematic (RTK) ou Posicionamento Relativo Cinemático em Tempo Real,
é uma técnica de posicionamento que utiliza as ondas L1 e L2 para obter seus dados, de forma
semelhante ao Posicionamento Relativo Estático, utiliza também dois receptores GNSS que
atuam de forma simultânea para a realização das suas observações. O primeiro receptor atua
como uma estação base imóvel, permanecendo assim do início ao fim de todo o procedimento,
porém, utiliza de um equipamento de comunicação externa como um rádio ou mesmo a internet,
transmitindo os seus dados instantaneamente para o segundo receptor, que é a estação móvel.
Este segundo receptor, percorre por todos os pontos a serem levantados e, com
precisão milimétrica, são determinados em tempo real. Todavia, os equipamentos capazes de
realizar tal procedimento são substancialmente mais onerosos do que os utilizados em quaisquer
das técnicas de posicionamento mencionadas anteriormente.
5 RECEPTORES GNSS
Receptores GNSS são equipamentos que utilizam dos sinais de satélites artificias
em órbita ao redor da Terra para determinar a sua própria posição na superfície terrestre. Estes
equipamentos podem ser classificados de acordo com o comprimento da onda do sinal que
recebem, são eles receptores de Código C/A (Coarse Adquisition), receptores de
monofrequência (L1), de dupla frequência (L1/L2) ou de Sistemas de Informações Geográficas
(SIG). Entre os equipamentos que empregam tais tecnologias, destacam-se os receptores
geodésicos e os receptores de navegação.
Os receptores de navegação são equipamentos de tamanho reduzido, de fácil
manuseio e de custo reduzido. A partir do código C/A (Coarse Aquisition) transmitido pela
frequência L1, estes receptores realizam o cálculo da pseudodistância instantânea e a fase da
onda portadora, seguido de cálculos de trilateração, que é a triangulação dos pontos para
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determinar a sua posição na superfície da Terra. Diferentemente dos receptores geodésicos, os
receptores de navegação não permitem o tratamento dos dados posteriormente ao momento de
obtenção e, consequentemente, não permitem corrigir erros que podem ocorrer durante tal
processo, logo, a precisão e a confiabilidade do referido receptor é considerada inferior.
A figura 2 apresenta um receptor GNSS de navegação da marca Garmin, modelo
GPSMAP® 64.
Figura 2: Garmin GPSMAP® 64.
Fonte: https://buy.garmin.com/pt-BR/BR/p/140020.
Os receptores geodésicos, ou de precisão, são equipamentos de tamanho superior,
de complexo manuseio e de custo elevado em comparação com os receptores de navegação. A
partir da captação das ondas emitidas pelos satélites através das frequências L1 e L2, os
receptores geodésicos armazenam os dados recebidos. A grosso modo, as frequências L1 e L2
são as ondas portadoras que são emitidas por cada satélite contendo informações que auxiliam
na correção de erros da propagação do sinal ao percorrer a atmosfera. Estes receptores se
destacam pela possibilidade de pós-processamento dos dados obtidos através de softwares que
corrigem erros que podem ocorrer durante o processo de obtenção dos dados como, por
exemplo, erros provenientes do desvio de órbitas dos satélites, erros de propagação do sinal na
atmosfera, erros de multicaminhamento de sinal, etc. O pós-processamento possibilita a
obtenção de coordenadas com precisão milimétrica.
A figura 3 apresenta um receptor GNSS de precisão da marca Topcon, modelo Hiper