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Explicação dos sistemas de coordenadas GNSS
Índice
Quando você deve se preocupar com sistemas de coordenadas e quando não deve?
Você pode fazer NÃO É preciso pensar em sistemas de coordenadas se a tarefa for apenas sobre coordenadas relativas gostar:
- O robô navega usando coordenadas relativas, como por exemplo, mover-se 5 metros para leste.
- O trator deve atravessar um campo com precisão centimétrica em cada passagem.
- O drone só precisa "retornar ao ponto de decolagem".
- Comparação de pontos registrados pelo mesmo receptor, sem vinculação a mapas (verificação se um trator retornou ao mesmo local no campo).
Vocês PRECISO Preocupar-se com sistemas de coordenadas se a tarefa envolver Comparação de medições GNSS com mapas de terceiros, SIG ou documentação oficial.:
- Geodésia, cadastro, levantamento topográfico, como quando você mede os limites de um terreno e deseja compará-los com um mapa cadastral.
- Combinar dados GNSS obtidos com mapas preparados por terceiros ou com medições feitas pela sua instituição de ensino com outro equipamento.
- Compartilhar dados de posicionamento com terceiros (como autoridades cadastrais ou empreiteiras), por exemplo, quando você fornece as coordenadas de um local de escavação planejado para uma empreiteira que usará seu próprio equipamento RTK para localizar o ponto exato no campo com base no seu mapa.
Se este for o seu caso, continue lendo — Os sistemas de coordenadas agora importam para você.
Explicação dos sistemas de coordenadas
Um dos motivos mais comuns para Dados incorretos em campo são causados por sistemas de coordenadas incompatíveis — entre os seus rover, base, ou NTRIP serviço.
Para evitar erros dispendiosos, é importante compreender como funcionam os sistemas de coordenadas e como cada parte da sua configuração GNSS contribui para a posição final.
Dados
Ao medir algo, você sempre precisa de um ponto de partida, ou “zero”. Se duas pessoas não usarem o mesmo ponto de partida, suas medições não poderão ser comparadas. O mesmo se aplica às posições na Terra.
Como a Terra não é uma esfera perfeita, a geodesia utiliza um elipsoide como modelo simplificado do planeta. dado Define este elipsoide, sua posição em relação ao centro da Terra e como a latitude, a longitude e a altitude são medidas.
- Os dados globais abrangem todo o planeta. e são usadas pelo GPS/GNSS. Elas são atualizadas ao longo do tempo à medida que as medições melhoram. Mas os datum globais estão vinculados ao centro da Terra, então as coordenadas mudam lentamente conforme as placas tectônicas se movem (cerca de 10 cm por ano). Um ponto que você mede hoje não terá as mesmas coordenadas exatas daqui a 10 anos.
Exemplos: WGS84, ITRF. - Os datum locais fixam as coordenadas em uma placa tectônica, região ou país específico. Tudo naquela placa se move em conjunto, de modo que as coordenadas permanecem estáveis ao longo do tempo.
Exemplos: GDA94 (Austrália), NAD83 (América do Norte), ETRS89 (Europa).
Os datums também podem ser:
- Estático: As coordenadas não mudam com o tempo.Se houver pouca ou nenhuma atividade tectônica e os movimentos da Terra ano após ano forem insignificantes.
Exemplos: ETRS89 é usado na Europa.
- Dinâmico: as coordenadas são atualizadas constantemente conforme a Terra se move.Os dados globais são normalmente dinâmicos e atualizados várias vezes por ano, porque os continentes se deslocam uns em relação aos outros.
Exemplos: WGS84, ITRF, IGS.
- Semidinâmico: Atualização das coordenadas após eventos de deformação, como terremotos, ou a cada poucos anos. Os datum locais, regionais/nacionais em países onde há atividade tectônica são geralmente semidinâmicos.
Exemplos: NAD83(2011) usado nos EUA, GDA2020 usado na Austrália.
Épocas
Para datum dinâmico e semidinâmico, você também É necessário saber a data e a hora em que a posição foi medida, pois a posição depende do tempo. bem como X, Y, Z.
Por exemplo, o nome correto do datum horizontal mais recente usado nos Estados Unidos é NAD83 (2011) Época 2010.00 ou NÉpoca 2025.00 d.C. 83 (2011)
Ao combinar o datum (o “onde”) e a época (o “quando”), obtém-se o que a geodesia chama de quadro de referênciaAo comparar suas medições com um mapa ou conjunto de dados existente, certifique-se sempre de que ambos utilizem o mesmo sistema de referência (datum e época) — caso contrário, as posições podem não corresponder corretamente.
Projeções
Uma projeção é um método matemático para desenhar a Terra curva em um mapa plano (2D). Isso é necessário porque latitude e longitude não são convenientes para medir distâncias, ângulos ou coordenadas geográficas. CAD <span class="word" data-word="work." style="--word-index: 2; translate: none; rotate: none; scale: none; transform: translate(0px, 0px); opacity: 1;">work.</span>
Enquanto o sistema de coordenadas geográficas coleta informações sobre elipsoides, geoides e datum, indicando onde algo está no espaço tridimensional, O sistema de coordenadas projetadas contém as informações do sistema de coordenadas, além de outros detalhes, como o modelo matemático. da projeção.
Exemplos de projeções cartográficas:
- UTM (Universal Transversal de Mercator) É a projeção mais comum para GNSS, cartografia e topografia. Por exemplo, a Zona 32N do UTM é usada na Europa Central.
- Web Mercator É a projeção usada pelo Google Maps, OpenStreetMap e outros serviços de mapas online.
Transformações de datum
O mesmo local na Terra pode ter coordenadas diferentes dependendo do datum utilizado:
- Receptores GNSS autônomos (sem correções RTK) fornecem a posição no datum global WGS84/ITRF.
- Os receptores RTK fornecem a posição no Datum em que a estação base/ NTRIP O serviço de correção foi calibrado.
Se o datum usado pelo seu receptor GNSS e o datum desejado para as posições não forem os mesmos, você precisa de uma transformação de datum. Pense nisso como converter moedas: €100 não é o mesmo que $100, mas com a taxa de câmbio correta, você pode compará-los. Uma transformação de datum é simplesmente um cálculo matemático que desloca, rotaciona ou escala coordenadas em datums diferentes para que reflitam o mesmo ponto físico.
Os quatro exemplos abaixo abrangem os cenários reais mais comuns em que as transformações de datum entram em jogo. Cada exemplo destaca o que está acontecendo, qual problema surge e como resolvê-lo.
Casos de uso típicos:
Trabalhar com mapas e dados GNSS que utilizam diferentes datums
Imagine que você está se preparando para um trabalho de campo e carrega um mapa ou uma camada de fundo (por exemplo, do Google Earth, OpenStreetMap ou uma ortofoto de drone) em um aplicativo como o SW Maps. Essas fontes quase sempre usam o datum global WGS84, porque ele é o padrão para a maioria dos mapas globais da web.
Entretanto, seu receptor RTK está conectado a uma rede local. NTRIP serviço de correção como SAPOS, que fornece correções RTK em ETRS89 — a referência geodésica oficial para a Alemanha e a maior parte da Europa.
Embora o WGS84 e o ETRS89 sejam muito semelhantes, suas origens de referência diferem em cerca de 1 a 2 metros na Europa. Portanto, ao sobrepor seu mapa WGS84 com medições RTK baseadas em ETRS89, seus pontos podem parecer ligeiramente deslocados — por exemplo, os limites de propriedades ou as bordas dos campos não se alinharão perfeitamente.
Para corrigir isso, você deve aplicar uma transformação de datum de ETRS89 → WGS84 (ou vice-versa, dependendo da configuração do seu projeto) dentro do seu aplicativo ou software SIG. Após aplicar a transformação, seus pontos RTK medidos e o mapa de fundo ficarão alinhados corretamente.
Por que o Google Maps pode mostrar pequenos deslocamentos:
O Google Maps é um caso especial que merece ser mencionado. Ele está alinhado ao ITRF (muito próximo do WGS84), mas as imagens em si não estão perfeitamente vinculadas a esse sistema de referência.
Cada imagem de satélite do Google Maps é processada e ortorretificada separadamente, o que introduz pequenos deslocamentos residuais nas imagens. Devido a isso, a camada visual pode apresentar um deslocamento de cerca de 10 a 20 cm, por vezes maior dependendo da área.
Portanto, mesmo que você faça a conversão correta entre ETRS89 e WGS84, ainda poderá observar uma pequena discrepância entre os pontos precisos do RTK e a imagem de fundo do Google Maps.
Utilizando serviços locais de correção RTK
Ao usar um receptor RTK conectado a uma rede nacional de correção como SAPOSAs correções são transmitidas no sistema de referência local — no caso da Alemanha, o ETRS89. Este é o datum horizontal oficial usado em toda a Europa para mapeamento, topografia e aplicações GNSS.
No entanto, o ETRS89 não é apenas um datum — ele também inclui uma época, que define o momento no tempo ao qual as coordenadas se referem. Como a Europa se move ligeiramente em relação ao centro da Terra (cerca de 2.5 cm por ano), as coordenadas no ETRS89 são fixadas a uma referência temporal específica: ETRS89 na época 1989.0 (o momento em que a posição da placa europeia foi "congelada" em relação ao sistema global WGS84/ITRF).
SAPOS Transmite correções em uma realização do ETRS89 na época 1989.0, portanto: Suas posições RTK são estáveis e consistentes com os mapas nacionais, embora a placa tectônica tenha se movido desde então.
Você não precisa aplicar nenhuma transformação de época ao comparar seu SAPOSAs coordenadas baseadas em dados cadastrais ou topográficos oficiais alemães são todas definidas no mesmo sistema de referência.
Essa é uma das principais vantagens de usar um serviço local. NTRIP Serviço: ele "traduz" os dados globais de satélite para o sistema de coordenadas local do seu país em tempo real.
Utilizando o serviço de correção global (Galileo HAS, PointPerfect, Skylark)
Imagine que você está projetando uma estrada no AutoCAD, usando o sistema de coordenadas oficial do seu país — por exemplo, ETRS89 / UTM zona 33N na Áustria.
Mais tarde, sua equipe de campo vai demarcar o projeto usando um receptor GNSS conectado ao Galileo HAS serviço que fornece correções diretamente de satélites. Para construção de estradas, uma precisão de 20 a 40 cm é suficiente, portanto, o uso do HAS faz sentido.
O Mercado Pago não havia executado campanhas de Performance anteriormente nessas plataformas. Alcançar uma campanha de sucesso exigiria Galileo HAS O sistema transmite correções no datum global WGS84 (Sistema Geodésico Mundial de 1984). Embora o WGS84 e o ETRS89 sejam bastante semelhantes, seus pontos de referência diferem em cerca de 1 a 2 metros na Europa, ou até mesmo em vários metros em outros lugares.
Por isso, para garantir que os dados do levantamento, os desenhos do projeto e os mapas estejam perfeitamente alinhados dentro do mesmo sistema de referência, você deve transformar os dados do projeto do datum local ETRS89 para o datum global WGS84 antes de enviá-los ao receptor GNSS.
Utilizando o serviço de correção que envia mensagens RTCM 1021–1027
Em alguns países, os serviços correcionais nacionais (como APOS na Áustria, SatRef em Hong Kong) transmite não apenas dados de correção RTK padrão, mas também mensagens de transformação RTCM 1021–1027 especiais.
Essas mensagens adicionais contêm parâmetros de transformação de coordenadas locais — deslocamentos matemáticos que convertem o sistema de referência global no sistema de coordenadas regional exato.
Essa “transformação local” ajusta as posições GNSS calculadas em um sistema de coordenadas global (como o ITRF no caso de...). APOS) para corresponder ao sistema de coordenadas nacional oficial usado para mapeamento e levantamento topográfico. Aplica pequenas translações, rotações e correções de escala para que suas coordenadas se alinhem perfeitamente com os pontos de controle topográfico locais.
É importante notar que isso não é o mesmo que usar um datum regional como o ETRS89. O ETRS89 define um sistema de referência estável para toda a Europa, mas cada país pode ter sua própria versão local (por exemplo, ETRS89(AT) na Áustria ou ETRS89(PL) na Polônia). As mensagens RTCM 1021–1027 fornecem a etapa adicional necessária para ajustar as coordenadas desse sistema regional à grade local exata do seu país.
Quando o seu receptor RTK e o software de campo suportam essas mensagens, eles podem gerar automaticamente coordenadas na grade local correta — sem que você precise inserir manualmente nenhum parâmetro de datum ou projeção.
Alturas: elipsoide vs. nível do mar vs. ortométrica
Outro desafio comum no posicionamento GNSS é entender que nem todas as "alturas" são iguais. Os receptores GNSS naturalmente fornecem valores de saída. alturas elipsoidais, que são referenciadas ao elipsoide WGS84, e não ao nível do mar. No entanto, muitas aplicações de levantamento topográfico dependem de alturas ortométricas, que são baseadas no nível médio do mar. Essa discrepância cria um desafio crucial: para comparar ou usar dados de elevação de forma consistente, é necessário converter entre sistemas de referência usando uma modelo geoidal.
Para uma explicação mais detalhada das alturas elipsoidais, ortométricas e geoidais, consulte o Qual a diferença entre altura elipsoidal, ortométrica e geoidal?
Se você está procurando um modelo geoide adequado para o seu país, reunimos dados geoides de diferentes países para você: Modelo geóide para o seu país para medir a altura ortométrica.
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