Determinação e validação de modelos de separação de superfícies com referência ao elipsoide pelo GNSS e GNSS/INS
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| Data de Publicação: | 2022 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
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Resumo: | Orientadora: Profa. Dra. Claudia Pereira Krueger |
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Matos, Érica Santos, 1987-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências da Terra. Programa de Pós-Graduação em Ciências GeodésicasKrueger, Cláudia Pereira, 1964-Santana, Felipe Rodrigues2023-01-10T15:15:02Z2023-01-10T15:15:02Z2022https://hdl.handle.net/1884/80710Orientadora: Profa. Dra. Claudia Pereira KruegerCoorientadora: Profa. Dra. Érica Santos Matos BalutaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa : Curitiba, 26/08/2022Inclui referênciasResumo: Os avanços da tecnologia GNSS permitiram uma maior acurácia do posicionamento de levantamentos hidrográficos, de modo que a variação das altitudes elipsoidais de uma embarcação pudesse ser representativa da variação da maré local. Para este efeito, é necessário definir um modelo de separação (SEP) entre o Nível de Redução (NR) de marés e o elipsoide, o qual pode ser determinado combinando dados de nível do mar de uma estação maregráfica com dados de altitude elipsoidal de uma lancha hidrográfica. Neste trabalho, tal metodologia foi avaliada com diferentes métodos de posicionamento GNSS e modos acoplamento ao sensor inercial. Como critério de validação, adotou-se um RMSE (I.C 95%) de 1 m para a componente horizontal e de 5 cm para a componente vertical, as quais foram avaliadas por duas abordagens: a primeira, com a lancha atracada junto a um marégrafo e comparando, relativamente, a variação das altitudes elipsoidais da embarcação com a variação da maré observada na estação; e a segunda, com a lancha atracada e navegando, sendo adotado como referência o método mais preciso: Inertial Aided Post Processed Kinematic - Tightly Coupled (IAPPK (TC)) para avaliar as componentes verticais e horizontais dos demais métodos. Na primeira abordagem, os dados GNSS foram reamostrados à mesma taxa utilizando a função Spline. Os filtros Hampel e de média móvel foram utilizados para remoção, adaptação de outliers e suavização das curvas. Seus parâmetros foram definidos empiricamente, de modo a minimizar o RMSE. Nos quatro períodos analisados com a lancha atracada, os métodos baseados no PPK obtiveram um RMSE em relação ao marégrafo abaixo de 5 cm; os métodos baseados no RTK e no PPP, em três períodos; e o GcDGNSS, em nenhum período. Na segunda abordagem, para os 11 períodos analisados com linhas de base menor do que 15 km, os métodos baseados no PPK obtiveram incertezas verticais menores do que 5 cm. Com o método IAPPP (TC), isso ocorreu em oito períodos; com o IAPPP (Loosely Coupled - LC), em seis; e com os métodos PPP baseados somente no GNSS, em quatro. No que se refere às incertezas horizontais, em todos os dias e métodos observou-se um valor menor do que 30 cm. Após a validação dos métodos geodésicos, o SEP da estação maregráfica do Clube Naval Charitas foi calculado combinando dados de rastreio de uma referência de nível com dados de nivelamento da ficha F-41 da estação. Posteriormente, tal resultado serviu para validação do SEP calculado pela lancha hidrográfica, atracada nas proximidades do marégrafo, utilizando o método IAPPK (TC). Na comparação com o SEP da estação maregráfica, foi encontrado um desvio padrão de 5,3 cm, com uma diferença média de 0,1 cm. Posto isso, verificou-se que os métodos baseados no PPK são os mais capazes de definir o SEP dentro do critério de incerteza vertical de 5 cm. Por fim, salienta-se que esta pesquisa é importante para a validação de superfícies com referência ao elipsoide (por exemplo: geoide, topografia do nível médio do mar) e todas as aplicações relacionadas ao posicionamento marítimo.Abstract: Advances in GNSS technology allowed greater accuracy in the positioning of hydrographic surveys, so that the variation in ellipsoidal heights of a vessel could be representative of the variation in the local tide. For this purpose, it is necessary to define a separation model (SEP) between the Chart Datum (CD) and the ellipsoid, which can be determined by combining sea level data from a tide gauge station with ellipsoidal height data from a hydrographic boat. In this work, such methodology will be evaluated with different GNSS positioning methods and coupling modes to the inertial sensor. As a validation criterion, an RMSE (CI 95%) of 1 m was adopted for the horizontal component and 5 cm for the vertical component, which were evaluated by two approaches: the first, with the boat moored next to a tide gauge and comparing , relatively, the variation of the vessel's ellipsoidal heights with the variation of the tide observed at the station; and the second, with the boat moored and sailing, the most accurate method was adopted as a reference: Inertial Aided Post Processed Kinematic - Tightly Coupled (IAPPK (TC)) to evaluate the vertical and horizontal components of the other methods. In the first approach, the GNSS data were resampled at the same rate using the Spline function. Hampel and moving average filters were used for removal, adaptation of outliers and curve smoothing. Its parameters were empirically defined, in order to minimize the RMSE. In all the four periods analyzed with the boat moored, the methods based on the PPK obtained an RMSE in relation to the tide gauge below 5 cm; methods based on RTK and PPP, in three periods; and the GcDGNSS, in any period. In the second approach, for the eleven periods analyzed with baselines smaller than 15 km, the methods based on PPK obtained vertical uncertainties smaller than 5 cm. With the IAPPP method (TC), this occurred in eight periods; with the IAPPP (Loosely Coupled - LC), in six; and with PPP methods based only on GNSS, in four. With regards to horizontal uncertainties, in all days and methods, a value lower than 30 cm was observed. After validating the geodetic methods, the SEP of the tide gauge station at Clube Naval Charitas was calculated by combining GNSS tracking data from a level reference with leveling data from the station's F-41 sheet. Subsequently, this result served to validate the SEP calculated by the hydrographic boat, moored close to the tide gauge, using the IAPPK (TC) method. In comparison with the SEP of the tide gauge station, a standard deviation of 5.3 cm was found, with a mean difference of 0.1 cm. That said, it was found that the methods based on the PPK are the most capable of defining the SEP within the vertical uncertainty criterion of 5 cm. Finally, it should be noted that this research is important for the validation of surfaces with reference to the ellipsoid (e.g geoid, mean sea level topography) and all applications related to maritime positioning.1 recurso online : PDF.application/pdfHidrografiaGeodesiaElipsoideGeodésiaDeterminação e validação de modelos de separação de superfícies com referência ao elipsoide pelo GNSS e GNSS/INSinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - FELIPE RODRIGUES SANTANA.pdfapplication/pdf14431644https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/80710/1/R%20-%20D%20-%20FELIPE%20RODRIGUES%20SANTANA.pdf7933a04b590702630cf39124c85f633fMD51open access1884/807102023-01-10 12:15:03.077open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/80710Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082023-01-10T15:15:03Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false |
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