Aplicação de dados altimétricos orbitais e nivelamento hidrográfico em corpos hídricos continentais para a integração de referenciais verticais

Abstract

O nível do mar é objeto de estudo para muitos pesquisadores ao redor do mundo , para aplicações oceanográficas e geodésicas . Para aplicações geodésicas, o foco é o estabelecimento do referencial altimétrico . As medidas do nível da superfície do mar, anteriormente realizadas com marégrafos ao longo da costa continental e insular, passou a ter o auxílio de sensores altímetros orbitais a partir do início da década de 1990. Desde então várias missões de satélite s altímetros radar e lidar foram lançad as. A partir dos dados dos sensores altímetros orbitais, tornou - se possível não só a medida da superfície da água nos mares e oceanos como também em corpos hídricos continentais como rios, lagos e lagoas. Como é possível medir a altura da superfície d as águas interiores também é possível calcular os desníveis a partir do nivelamento hidrográfico orbital . Se o nível da superfície da água dos corpos hídricos é determinado por métodos geodésicos, em diferentes referenciais altimétricos, então existe a necessidade de integrá - los com precisão e confiabilidade por meio de metodologias que possam contribuir para a densificação da rede al timétrica brasileira, atendendo as normas vigentes no país como as especificações e normas para levantamento geodésico associado ao sistema geodésico brasileiro e NBR13133 . A integração de referenciais verticais poderia ser realizada usando dados altimétricos orbitais em corpos hídricos continentais, agregando o nivelamento sobre a superfície da água aos métodos terrestres de nivelamento? Nesta pesquisa estão envolvidos os métodos terrestres de nivelamento geométrico e trigonométrico bem como o nivelamento hidrográfico orbital a partir do sensor lidar ATLAS embarcado no satélite ICESat - 2, produto ATL08, que intercepta o Lago Guaíba, no estado do Rio Grande do Sul. Pelo nivelamento geométrico foram determinados os desníveis desde as referências de nível da rede altimétrica de alta precisão do sistema geodésico brasileiro e da rede de referên cia cadastral municipal do município de Porto Alegre até as referências de nível das es tações linimétricas/linigráficas de Cais Mauá C6, Cristal, Ipanema e Terminal CatSul Guaíba , deixando - as sob o mesmo referencial altimétrico . Entre as referências de nível dos linímetros/ linígrafos e a superfície da água foi usado o nivelamento trigonométrico, usando estação total, pela técnica de Leap - Frog com medida sem prisma auxiliada por um dispositivo flutuador , que evita a penetração do sinal na água. Concomitante com o nivelamento trigonométrico foi observado o nível da água nos linímetros/linígrafos para estabelecer uma relação entre os dois e determinar o ponto de referência ou “zero da régua”. Os desníveis entre as estações linimétricas/linigráficas foram determinadas a partir dos pontos sobre as trilhas ajustadas do ICESat - 2. Na escolha do melhor ajustamento foi usado o critério de informação de Akaike para quatro graus do polinômio. Foi então comparado o nivelamento utilizando métodos terrestres com o nivelamento hidrográfico orbital, obtendo - se uma discrepância mé dia geral, dentre quatro tipos de abordagem para o cálculo do desnível entre estações linimétricas/linigráficas sobre a superfície da água, de 0,0112 m e precisão média em função da distância de 3,7 mm√ k . Desta forma, estabeleceu-se uma metodologia denominada de nivelamento híbrido para a integração de referenciais altimétricos

Sea level is the object of study for many researchers around the world, for oceanographic and geodetic applications. For geodetic applications, the focus is on establishing the altimetric reference. Sea surface level measurements, previously taken with tide gauges along continental and island coastlines, began to be aided by orbital altimeter sensors from the early 1990s. Since then, several radar and lidar altimeter satellite missions have been launched. Using data from orbital altimeter sensors, it has become possible not only to m easure the water surface in seas and oceans, but also in continental water bodies such as rivers, lakes and lagoons. As it is possible to measure the height of the surface of inland waters, it is also possible to calculate level differences from orbital hy drographic leveling. If the water surface level of water bodies is determined by geodetic methods, in different altimetric references, then there is a need to integrate them accurately and reliably by means of methodologies that can contribute to the densi fication of the Brazilian altimetric network, complying with the standards in force in the country such as the specifications and standards for geodetic surveying associated with the Brazilian geodetic system and NBR13133. Could the integration of vertical references be carried out using orbital altimetry data in continental water bodies, adding leveling on the water surface to terrestrial leveling methods? This research involves the terrestrial methods of geometric and trigonometric leveling, as well as orbital hydrographic leveling using the lidar sensor ATLAS on board the ICESat - 2 satellite, product ATL08, which intersects the Guaíba lake in the state of R io Grande do Sul. By geometric leveling, the level differences was determined from the level references of the high - precision altimetric network of the Brazilian geodetic system and the municipal cadastral reference network of the municipality of Porto Ale gre to the level references of the Cais Mauá C6, Cristal, Ipanema and Terminal CatSul Guaíba limnimeters stations, leaving them under the same altimetric reference. Trigonometric leveling was used between the level references of the limnimeters/limnigraphs and the water surface, using a total station and the Leap - Frog technique with measurement without a reflector, aided by a floating device, which prevents the signal from penetrating the water. At the same time as the trigonometric leveling, the water leve l in the limnimeters/limnigraphs was observed in order to establish a relationship between the two and determine the reference point or "zero of the ruler". The level difference between the limnimeter/limnigraph stations were determined from the points on the adjusted ICESat - 2 tracks. Akaike's information criterion for four degrees of the polynomial was used to choose the best adjustment . Leveling using terrestrial methods was then compared with orbital hydrographic leveling, obtaining an overall average discrepancy of 0.0112 m among the four types of approach for calculating the level difference between limnimetric/limnigraphic stations on the water surface and an average accuracy as a function of distance of 3.7 mm√k. In this way, a methodology called hybrid leveling was established f or the integration of altimetric references.