Abstract: In recent years, the ability of GNSS systems to estimate high accuracy 3D positions has greatly contributed to the development of new monitoring techniques aimed at understanding the mechanisms by which the different Earth processes are generated. This paper presents the result of 9 GPS campaigns, between 2014 and 2019 for a group of 29 stations, held in the Guabirotuba urban area, Curitiba, Brazil, intending to estimate local crustal movements. The average magnitude and direction of horizontal velocities obtained for each site, allow demonstrating deformation of the southern zone of the area as a result of a local landslide process. The magnitude of the vectors varies between 1 and 16 mm/a horizontally. All sites had an absolute vertical movement, probably correlated with a local geological pattern or a physical site’s motion driven by environmental mass redistribution. The uncertainties in positions and velocities for a long-term survey (over 5 years), showed good consistency at most sites when compared with the coordinates and velocities precision of the latest SIRGAS solution. The typical precision for the station positions at the reference epoch was ±2 mm horizontally and ±5 mm vertically, and ±0.60 mm/a horizontally and ±1.37 mm/a vertically for the constant velocities.

Abstract: With access to the raw data collected by certain Android smartphones, it is possible to perform post-processing of the data. Thus, it is possible to employ certain satellite positioning methods that were previously restricted to geodetic receivers. Thanks to this and other innovations, such as the emergence of smartphones with modern GNSS sensors, a promising scenario is seen when employing these devices in engineering applications. Generally, in certain applications that require high accuracy, centimeter and millimeter order, geodetic receivers are used. However, these devices are expensive when compared to smartphones. In this research, the coordinates of a point were determined via a smartphone with a modern GNSS sensor, whose data were post-processed by the IBGE-PPP service, using the combination GPS+GLONASS and L1 frequency. Thus, using circle adjustment techniques based on least squares, it was possible to obtain horizontal accuracy of approximately 12 cm and 25 cm with a set of about 128-hour and 24-hour sessions respectively. The results obtained in this research suggest that the applied methodology can be used in certain applications in engineering, such as land surveying of rural properties.

Resumo: Desde a introdução do Android 7 em agosto de 2016, tornou-se possível usar dados brutos coletados por sensores GNSS presentes em alguns smartphones e tablets Android. Com isso, torna-se possível, pela primeira vez, realizar o pós-processamento dos dados, o que significa obter coordenadas mais acuradas do que o normal, de metros a decímetros. Além disso, entre as inovações tecnológicas no contexto de posicionamento via smartphones, cita-se a utilização de sensores GNSS modernos, como o utilizado pelo Xiaomi Mi 8, que foi o primeiro smartphone a integrar um sensor GNSS de dupla frequência. Nesta pesquisa, campanhas de coleta de dados foram realizadas em modo estático para avaliar a qualidade das coordenadas geodésicas obtidas a partir do Mi 8. Usando aplicativos disponíveis gratuitamente que armazenam dados brutos em arquivos no formato RINEX, os dados foram pós-processados com diferentes métodos de posicionamento e com diferentes softwares, incluindo o serviço online IBGE-PPP disponível gratuitamente no Brasil. Os resultados desta pesquisa mostram que é possível obter coordenadas geodésicas com acurácia na ordem decimétrica, o que indica que a metodologia pode ser utilizada em algumas aplicações de engenharia.

Abstract: Since the introduction of the Android 7 in August 2016, it has become possible to use raw data collected by GNSS sensors present in some Android smartphones and tablets. Therefore, it became possible, for the first time, to perform the post-processing of the data, which means to obtain coordinates that are more accurate than usual, from meters to decimeters. In addition, among the technological innovations in the context of positioning via smartphones, it is mentioned the use of modern GNSS sensors, like the one used by Xiaomi Mi 8, which was the first smartphone to integrate a dual-frequency GNSS sensor. In this research, data collection campaigns were carried out in static mode to evaluate the quality of geodetic coordinates obtained from Mi 8. Using freely available applications that store raw data in files in RINEX format, the data was post-processed with different positioning methods and with different software, including the freely available IBGE-PPP online service in Brazil. The results of this research show that it is possible to obtain geodetic coordinates with an accuracy at decimeter order, which indicates that the methodology can be used in some engineering applications.

Resumo É bem conhecido que as estimativas diárias das coordenadas GPS se encontram fortemente correlacionadas temporalmente. O conhecimento e compreensão desta correlação, permite estabelecer em princípio, incertezas mais realistas dos parâmetros estimados a partir dos dados. Apesar disso, atualmente não existem estudos relacionados à análise e cálculo dos sinais de ruído em série temporal de coordenadas GPS no Brasil. Neste sentido, a presente pesquisa visa estudar as propriedades estocásticas de um total de 486 séries temporais compostas de 10 anos de observações de 159 estações GPS pertencentes à Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo de GNSS (RBMC) através da implementação do estimador de máxima verossimilhança. Para descrever de forma adequada as series temporais avaliadas, foram avaliados 4 possíveis modelos estocásticos como modelos de cada série temporal, sendo: 3 modelos com índices espectrais inteiros e 1 com índice espectral fracionário. A comparação das variâncias dos sinais de ruído dos modelos permitiu demonstrar um aumento gradual dos mesmos. Sendo que, a combinação de um processo de lei de potências fracionário e de um processo de ruído branco forneceu o modelo com as menores variâncias, e, a combinação de um processo de random-walk com um processo de ruído branco gerou o modelo com as maiores variâncias. A análise da distribuição espacial dos valores de ruído dos processos permitiu demonstrar que as localizações dos pontos GPS com maiores variâncias acumuladas de ruído, coincidem com os pontos localizados em zonas costeiras e bacias hidrográficas e que suas propriedades estocásticas podem ser afetadas pela ocorrência de diferentes sinais físicos típicos deste tipo de zonas, como no caso do efeito de carga hidrológica.

Abstract It is well known that daily estimates of GPS coordinates are highly temporally correlated and that the knowledge and understanding of this correlation allows to establish more realistic uncertainties of the parameters estimated from the data. Despite this, there are currently no studies related to the analysis and calculation of the noise sources in geodetic time series in Brazil. In this context, this paper focuses on the investigation of the stochastic properties of a total of 486 coordinates time series from 159 GPS stations belonging to the Brazilian Network for Continuous Monitoring of GNSS (RBMC) using the maximum likelihood estimation approach. To reliably describe the GPS time series, we evaluate 4 possible stochastic models as models of each time series: 3 models with integer spectral indices (white noise, flicker plus white noise and random-walk plus white noise model) and 1 with fractional spectral index (fractional power-law plus white noise). By comparing the calculated noise content values for each model, it is possible to demonstrate a stepwise increase of the noise content, being the combination of a fractional power-law process and white noise process, the model with smaller values and the combination of random walk process with white noise process, the model with greater values. The analysis of the spatial distribution of the noise values of the processes allow demonstrate that the GPS sites with the highest accumulated noise values, coincide with sites located in coastal zones and river basins and that their stochastic properties can be aliased by the occurrence of different physical signals typical of this type of zones, as the case of the hydrological loading effect.

Resumo O conhecimento do deslocamento do centro de fase (PCO) é um importante aspecto da calibração de antenas GNSS e tem influência direta na qualidade do posicionamento de alta precisão. Estudos mostram que existe correlação entre variáveis meteorológicas na determinação das componentes: norte (N), leste (E) e vertical (H) do PCO. Este artigo apresenta resultados da aplicação de Sistemas Baseados em Regras Fuzzy (SBRF) na determinação das componentes horizontais N e E. Utilizou-se a função Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS) para gerar os SBRF tendo as componentes do PCO como variáveis de saída. Como dados de entrada utilizaram-se as variáveis ambientais temperatura, umidade relativa do ar e precipitação, variáveis do processamento de calibração de antenas como Positional Dilution of Precision e efeito multicaminho. Construiu-se um SBRF para cada componente horizontal das portadoras L1 e L2 utilizando-se um conjunto de dados de treinamento por meio da ANFIS. Definidos os SBRF, aplicou-se o conjunto de dados de verificação, comparou-se as componentes obtidas pelo SBRF e pela Base de Calibração de Antenas da Universidade Federal do Paraná. Para componentes planimétricas as diferenças foram menores que 1,00 mm, o que mostra a aplicabilidade do método para as componentes horizontais.

Abstract Knowledge concerning Phase Center Offset (PCO) is an important aspect in the calibration of GNSS antennas and has a direct influence on the quality of high precision positioning. Studies show that there is a correlation between meteorological variables when determining the north (N), east (E) and vertical Up (H) components of PCO. This article presents results for the application of Fuzzy Rule-Based Systems (FRBS) for determining the position of these components. The function Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS) was used to generate FRBS, with the PCO components as output variables. As input data, the environmental variables such as temperature, relative humidity and precipitation were used; along with variables obtained from the antenna calibration process such as Positional Dilution of Precision and the multipath effect. An FRBS was constructed for each planimetric N and E components from the carriers L1 and L2, using a training data set by means of ANFIS. Once the FRBS were defined, the verification data set was applied, the components obtained by the FRBS and Antenna Calibration Base at the Federal University of Paraná were compared. For planimetric components, the difference was less than 1.00 mm, which shows the applicability of the method for horizontal components.

Resumo: O método de posicionamento a ser empregado em um levantamento batimétrico algumas vezes é questionado, quanto a sua precisão horizontal e vertical. De forma geral, tem sido utilizado nesses levantamentos o posicionamento da embarcação por meio do GPS Diferencial (DGPS). Mediante consulta de literatura, poucas investigações no que concerne à precisão e acurácia destes métodos têm sido realizadas principalmente quando tais levantamentos ocorrem em reservatórios. Dessa forma, o presente trabalho teve como intuito verificar as precisões e acurácias para o posicionamento da embarcação por meio dos métodos DGPS, Posicionamento por Ponto Preciso (PPP) e de Posicionamento Relativo Cinemático (MPRC). Todos os resultados gerados neste trabalho foram inseridos em um Sistema de Informação Geográfica (SIG), no qual foi observado que o resultado mais preciso foi obtido pelo MPRC. No entanto, também é possível utilizar o serviço online do IBGE-PPP para processar os dados para o posicionamento da embarcação obtendo uma precisão inferior ao metro. Conclui-se que todos os métodos investigados para o posicionamento da embarcação atenderam as especificações da Resolução Conjunta ANEEL/ANA nº 03, de 10 de agosto de 2010 (BRASIL, 2010). Contudo, é importante que o usuário atenda aos requisitos mínimos necessários para cada método de posicionamento.

Abstract: The positioning method to be employee in a bathymetric survey is questioned about the horizontal and vertical precisions. In a general way, the vessel positioning in hydrographic surveys has been determined through the Differential GPS (DGPS). Upon consulting the literature, it was observed that few investigations regarding to the precision and accuracy of these methods were done when such surveys occur in reservoirs. Therefore, the main objective of the present work is to perform precisions and accuracies analyzes regarding to positioning of the vessel, through the methods as DGPS, Precise Point Positioning (PPP) and Kinematic Relative Positioning (MPRC). All results were inserted into a Geographic Information System (GIS), in which it was observed that the results were more precise for the MPRC. However, it was concluded that it is also possible to use the IBGE-PPP online service to process the positioning data of the geodetic marks and the vessel getting a precision lower than a meter. In conclusion, all methods investigated for positioning the vessel are in agreement with the specifications of the Resolution ANEEL/ANA nº 03 of August 10th, 2010. Nevertheless, it is important to follow the minimum requirements for each positioning method.

Resumo:Alta acurácia em posicionamento GPS (Global Positioning System) é obtida através da eliminação parcial ou total dos erros presentes nas observações, particularmente os sistemáticos. Um deles é o erro de centro de fase da antena GPS. Ele é diretamente dependente da antena utilizada, visto que cada uma delas tem suas características próprias de construção e recepção do sinal GPS. Portanto, é de extrema importância o conhecimento individual do centro de fase da antena (Phase Center Offset- Phase Center Variation). Entre outros, existem parâmetros fornecidos pelo NGS (National Geodetic Survey), no entanto, esses valores são médios e não são valores próprios das antenas usadas nos posicionamentos GPS. Os parâmetros individuais das antenas, neste trabalho, foram fornecidos pela BCAL/UFPR (Base de Calibração de Antenas GNSS na UFPR). Realizaram-se posicionamentos GPS em 9 (nove) pontos. Estes foram distribuidos em 3 (três) grupos de linhas de base (9km, 45km e 105km). Para cada comprimento de linha de base os rastreios GPS seguiram simultâneos aplicando o Método de Posicionamento Relativo Estático, com um intervalo de gravação de dados de 15 segundos e máscara de elevação de 15°. Foram encontradas diferenças na comparação das altitudes elipsoidais e no comprimento das linhas de bases, quando não se utilizou parâmetros, na ordem do centímetro. De fato, os valores obtidos da BCAL/UFPR são provenientes da utilização dos próprios equipamentos, desta forma, fiéis às antenas utilizadas, enquanto que os fornecidos pelo NGS são valores médios. Destaca-se que a BCAL/UFPR é a primeira base de calibração de antenas GPS/GLONASS no Brasil e na América Latina

Abstract:High accuracy in GPS (Global Positioning System) positioning is obtained by partial or total errors eliminating present in the observations, particularly the systematic ones. One of them is called GPS antenna phase center error. It is directly dependent on the antenna used because each antenna has its own design characteristics and GPS signal reception. Therefore, it is extremely important to know the individual antenna phase center variation (Phase Center Offset - Phase Center Variation). There are parameters provided by the NGS (National Geodetic Survey), however, they are mean values and not individual values of the antennas used in GPS positioning. In this work individual parameters were provided by BCAL/UFPR (Base de Calibração de Antenas GNSS na UFPR). GPS surveys were carried out in nine (9) points. These were divided into three (3) baselines groups (9 km, 45 km and 105km). For each baseline length the GPS surveys were simultaneous and the Method Static Relative Positioning was applied, with an interval of data recording of 15 seconds and 15º elevation mask. Differences up to one centimeter were found when comparing the ellipsoidal heights and baselines length obtained using the BCAL/UFPR parameters and the NGS ones. In fact, the values obtained with the BCAL/UFPR parameters are derived using own parameters to the antennas used, whereas those provided by the NGS are mean values. It is noteworthy that the BCAL/UFPR is the first antenna calibration site GPS/GLONASS in Brazil and Latin America

O NAVSTAR GPS vem sendo aplicado nas mais diversas áreas entre elas encontram-se o ambiente costeiro. Os levantamentos geodésicos podem ser utilizados para estudar as variações posicionais que ocorrem em sistemas costeiros dinâmicos. O presente trabalho tem por objetivo avaliar a acurácia dos métodos cinemáticos de posicionamento GPS em um esporão arenoso localizado na Ilha do Mel, município de Paranaguá, Estado do Paraná, Brasil. Os testes foram realizados com os seguintes métodos de posicionamento geodésico: Absoluto Cinemático (MAC), Relativo Cinemático (MRC) e Diferencial (RTK e DGPS). Uma estação móvel composta por dois receptores GPS foi construída para efetuar simultaneamente a captação de dados e assim analisar os métodos propostos em um único levantamento geodésico. Os resultados mais satisfatórios foram oriundos da solução RTK, apresentando os menores valores para o Erro Médio Quadrático (EMQ), 0,003 m, 0,007 m e 0,149 m nas componentes Norte (N), Este (E) e Altura Geométrica h, respectivamente. Por fim, recomendações da aplicabilidade dos métodos estudados para a área costeira são apresentadas.

The NAVSTAR GPS has been applied is several fields, the coastal environment being one of them. The geodetic surveys can be used to study the positional variation that happens in dynamic coastal systems. This paper has the main objective of evaluating the accuracy of GPS kinematics positional methods in a specific sedimentary area located in Mel Island, District of Paranaguá, Paraná State, Brazil. The experiments were undertaken with the geodetic positioning methods as follow: Absolute Kinematic, Relative Kinematic, Differential (RTK and DGPS). A rover station composed by two GPS receivers was built for simultaneously collect the data thereby the proposed methods could be analyzed in a single geodetic survey. The best results found in this study was from the RTK solution, presenting the lowest values for the Root Mean Square (RMS) equals 0.003 m, 0.007 m and 0.149 m for the north component (N), east component (E) and geometrical height (h), respectively. Finally, recommendations for the applicability of the methods used for costal area are presented.

Estudar modelagens através de dados geodésicos temporais com a possibilidade de predizer a posição de linha de costa é uma tarefa importante e pode auxiliar significativamente na gestão costeira. A área de estudo neste trabalho se refere ao município de Matinhos no estado do Paraná, Brasil. As linhas de costa temporais utilizadas para testar a modelagem preditiva são provenientes respectivamente da fotogrametria analógica para anos 1954, 1963, 1980, 1991 e 1997 e de levantamentos geodésicos utilizando GPS (Global Position System) para 2001, 2002, 2005 e 2008 (como controle). Dois testes com as redes neurais artificiais foram organizados mudando alguns parâmetros como: arquitetura, número de neurônios nas camadas ocultas e algoritmos de treinamentos. Quando comparados o valor dos resíduos entre a predição e a linha de costa de controle, os melhores resultados estatísticos indicam que o MAPE (mean absolute percentage error) são 0,28% utilizando a rede neural parcialmente recorrente de Elman com o algoritmo de treinamento quase-Newton e 0,46% para o caso da rede neural perceptron multicamadas com o algoritmo de treinamento utilizando o método Bayesiano com regularização.

The study of models using geodetic temporal data which can possibly predict the shoreline position is an important task and can significantly contribute to coastal management. The studied area is located at municipality of Matinhos in the Paraná State, Brazil. The temporal shoreline used to test the prediction model is respectively from analog photogrammetric data, related to the years 1954, 1963, 1980, 1991 and 1997, and GPS (Global Position System) geodetic surveys for 2001, 2002, 2005 and 2008 (as control). Two different tests with artificial neural network were organized setting the parameters like: architecture, number of neuron in hidden layers and the training algorithms. Comparing the residuals between the prediction to the shoreline of control, the best statistical results show the MAPE (Mean Absolute Percentage Error) is 0,28% using the Elman partially recurrent network with quasi-Newton training function and 0,46% using the neural network multilayer perceptron with Bayesian regulation training function.