Projeto e validação de sensor GPS-GNSS refletométrico de código aberto e de baixo custo para monitoramento da altura da superfície da água

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Fagundes, Manuella Anaís Rodrigues
• Orientador(a): Geremia-Nievinski, Felipe
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Sensoriamento remoto; Refletometria; Altimetria
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/210457

Monitorar o nível do mar é fundamental devido à presença de mudanças climáticas que acentuam a ocorrência de eventos extremos. Estes, por sua vez, causam situações atípicas que podem ser ocasionalmente observadas, afetando a população que vive próximo à costa e provocando prejuízos econômicos e sociais. O monitoramento de nível do mar tornou-se uma atividade primordial que recebe atenção de órgãos das esferas federal, estadual e municipal. Reporta-se aqui o desenvolvimento de um sensor terrestre para altimetria a curta distância, baseado na técnica de Refletometria com Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS-R), como o Sistema de Posicionamento Global (GPS) americano e outros semelhantes. Trata-se de uma forma de sensoriamento remoto que explora reflexões fortuitas das ondas de rádio transmitidas por satélites GPS/GNSS que atingem a superfície do mar e são recebidas pela antena receptora. Almeja-se com isso, fornecer mais dados como subsídio para densificar a rede nacional de monitoramento maregráfica. Demonstrações realizadas mundialmente utilizaram equipamentos geodésicos, de alto custo, para medir o nível do mar. Desenvolveu-se um sensor GNSS-Rde código aberto e de baixo custo. Na fabricação do protótipo incluímos dispositivos capazes de gravar os dados em cartão de memória, alimentar energeticamente através de painéis solares e suportar mecanicamente a antena. Reportamos aqui testes para validação do sensor, junto ao Rio Guaíba, em Porto Alegre, estado do RS. O sensor foi testado preliminarmente em janeiro de 2018 e instalado permanentemente desde outubro de 2018, operando de forma ininterrupta durante o período analisado (até março de 2019), resistindo às condições climáticas sem apresentar panes. A estação refletométrica experimental está localizada no Cais Mauá, a uma distância de aproximadamente dez metros de um linígrafo por radar (marca Campbell Scientific e modelo CS475A), operado pela Secretaria Estadual do Meio Ambiente (SEMA). O processamento dos dados coletados foi realizado no software Matlab, onde algoritmos de inversão foram utilizados para calcular automaticamente a altura da superfície da água. Após a aquisição da série temporal, realizaram-se análises estatísticas através da comparação entre as séries temporais do linígrafo por radar e do dispositivo experimental GNSS-R. As filtragens que foram aplicadas para suavizar as séries incluíram uma mediana móvel diária e um descarte de resíduos anômalos (com valores absolutos maiores do que três vezes o desvio padrão). Cabe ressaltar que a série temporal do linígrafo apresentou falhas no período, gerando lacunas temporais e degraus devido à sua recalibração. Quando se trabalhou com uma parte reduzida da série (sem falhas), período de aproximadamente 147 dias, a correlação encontrada foi de 0,989 e o erro médio quadrático de 2,9 cm. O sensor GNSS-R apresenta uma alternativa para o monitoramento do nível da água visto que facilita a aquisição de dados ao longo da costa, e é capaz de diminuir lacunas observacionais. As estatísticas são promissoras e apontam uma nova perspectiva para a medição da altura da água com baixo custo. A precisão precisa ser aprimorada quando comparada ao medidor de radar, porém sua estabilidade temporal é melhor. Por fim, informa-se que o sensor é disponibilizado abertamente para que pesquisadores possam reproduzi-lo, diminuindo as barreiras para a refletometria GNSS.