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Pesquisa e Inovação

Pesquisadores desenvolvem modelo geoidal mais preciso de SP

19/07/2013 | 10h41

 

Pesquisadores da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP) concluíram o desenvolvimento de um modelo geoidal (da forma da Terra) mais preciso do estado de São Paulo.
Desenvolvido no âmbito de um Projeto Temático Fapesp, da Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo, o modelo poderá ser útil na produção de mapas mais detalhados do estado e para a construção de grandes obras de engenharia, como estradas, usinas hidrelétricas e redes de esgoto e de irrigação, por exemplo.
“O modelo geoidal facilitará a realização de medidas de variações de altitudes no estado de São Paulo com alta acurácia, essencial para várias aplicações na engenharia”, disse João Francisco Galera Monico, professor da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Presidente Prudente, e coordenador do Projeto Temático, à 'Agência Fapesp'.
O modelo é baseado em medidas da aceleração da gravidade do solo. O fator varia sutilmente em cada ponto da Terra, de acordo com o relevo e a densidade das rochas em seu interior, e determina o nível e a direção das águas de rios e mares.
Por conta disso, representa uma informação importante para a realização de grandes obras de engenharia que envolvam o uso de água, e complementa as medições de relevo feitas por meio de Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS, na sigla em inglês).
Utilizados cada vez mais para realizar trabalhos de nivelamento - como é chamada a medição de desníveis do solo -, os satélites GNSS em operação no mundo hoje - como o GPS, dos Estados Unidos, e o Glonass, da Rússia - fornecem somente dados de altitude geométrica.
Segundo Monico, apesar de ser um dado também muito importante, esse tipo de altitude calculada verticalmente pelos satélites não leva em conta a grandeza física de uma determinada região que se pretende medir a variação de relevo, como sua massa, que é diretamente proporcional à aceleração da gravidade. Já o modelo geoidal calcula a altitude em terra, horizontalmente, e leva em conta, além da grandeza física, o curso da água de rios e mares que passam pela região que se pretende estimar a altitude.
Ao combinar essas duas diferentes medidas de altitude fornecidas pelo modelo geoidal e pelos GNSS, respectivamente, é possível obter uma terceira altitude, chamada “altitude nivelada”, que representa a grandeza física de uma determinada região.
Dessa forma, é possível obter mapas de uma área onde se pretende construir uma usina hidrelétrica, por exemplo, com medidas de desnível do solo com muito maior acurácia do que as medições de relevo por nivelamento geométrico realizadas no passado.
Obtida por meio de equipamentos conhecidos como níveis, cada medição indicava as variações do relevo em distâncias de, aproximadamente, 100 metros, cobrindo poucos quilômetros por dia.
“A realização de nivelamento para construção de uma hidrelétrica, por exemplo, é um trabalho demorado e caro”, afirmou Monico. “O modelo geoidal facilita o uso de GNSS nessa atividade e possibilita medições de relevo de forma mais rápida, mais econômica e com menor risco de erro de desapropriação de imóveis situados em áreas que não serão afetadas pelo projeto”, exemplificou.
De acordo com o pesquisador, essa forma de medir variações de altitude associadas ao campo de gravidade também possibilita mapeamentos geológicos para a construção de estradas e de redes de irrigação e de esgoto.
Além disso, auxilia na identificação de reservas de petróleo, jazidas de minérios e cavernas inexploradas, mostrando como e onde a quantidade de água de depósitos subterrâneos nos grandes aquíferos pode oscilar ao longo do ano.
“Quanto maior a acurácia das medições de relevo, maior a facilidade para diversas aplicações”, afirmou Monico.
Construção do modelo
O desenvolvimento do modelo geoidal do estado de São Paulo fez parte da pesquisa de doutorado realizada por Gabriel do Nascimento Guimarães na Poli, sob orientação do professor Denizar Blitzkow.
Para desenvolver o modelo, foram reunidas medidas de variações de gravidade (gravimétricas) obtidas de pontos de medição em terra em São Paulo e nos estados no entorno, como Minas Gerais, Mato Grosso do Sul e Paraná.
Os dados foram complementados por informações dos satélites Gravity Recovery and Climate Experiment (Grace), operado pela Nasa e pelo DLR, a agência espacial da Alemanha, e Goce, da Agência Espacial Europeia (ESA, na sigla em inglês).
O modelo foi comparado com as observações sobre o nivelamento do Estado de São Paulo feitas por GPS e pelo Goce. A comparação revelou que o modelo apresenta uma diferença com o nivelamento feito por satélites de apenas 20 centímetros.
“Podemos afirmar que, hoje, o modelo geoidal do estado de São Paulo tem uma consistência com o nivelamento realizado por GNSS de 20 centímetros. Isso representa a melhor marca que se tem no Brasil atualmente que, em média, é de 50 centímetros”, disse Guimarães.
Quando o professor Blitzkow começou a medir variações da gravidade e desenvolver modelos geoidais, nos anos 1980, a diferença de nivelamento era de 5 metros.
Alguns dos fatores relacionados por ele como responsáveis por essa redução na diferença de nivelamento são os esforços realizados pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) para produzir mapas da variação do campo de gravidade em todo o território nacional. Outro fator foi a realização de missões como a realizada pelo Goce, que mapeou a gravidade da Terra com detalhamento sem precedentes.
“Em 1980, quando começamos a medir variações de gravidade, começamos a melhorar a consistência dos modelos geoidais no Brasil em metros. Hoje, estamos melhorando de centímetro em centímetro”, disse Blitzkow no terceiro workshop do Projeto Temático, realizado no dia 20 de junho durante a conferência MundoGEO#Connect LatinAmerica 2013.

Pesquisadores da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP) concluíram o desenvolvimento de um modelo geoidal (da forma da Terra) mais preciso do estado de São Paulo.


Desenvolvido no âmbito de um Projeto Temático Fapesp, da Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo, o modelo poderá ser útil na produção de mapas mais detalhados do estado e para a construção de grandes obras de engenharia, como estradas, usinas hidrelétricas e redes de esgoto e de irrigação, por exemplo.


“O modelo geoidal facilitará a realização de medidas de variações de altitudes no estado de São Paulo com alta acurácia, essencial para várias aplicações na engenharia”, disse João Francisco Galera Monico, professor da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Presidente Prudente, e coordenador do Projeto Temático, à 'Agência Fapesp'.


O modelo é baseado em medidas da aceleração da gravidade do solo. O fator varia sutilmente em cada ponto da Terra, de acordo com o relevo e a densidade das rochas em seu interior, e determina o nível e a direção das águas de rios e mares.


Por conta disso, representa uma informação importante para a realização de grandes obras de engenharia que envolvam o uso de água, e complementa as medições de relevo feitas por meio de Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS, na sigla em inglês).


Utilizados cada vez mais para realizar trabalhos de nivelamento - como é chamada a medição de desníveis do solo -, os satélites GNSS em operação no mundo hoje - como o GPS, dos Estados Unidos, e o Glonass, da Rússia - fornecem somente dados de altitude geométrica.


Segundo Monico, apesar de ser um dado também muito importante, esse tipo de altitude calculada verticalmente pelos satélites não leva em conta a grandeza física de uma determinada região que se pretende medir a variação de relevo, como sua massa, que é diretamente proporcional à aceleração da gravidade. Já o modelo geoidal calcula a altitude em terra, horizontalmente, e leva em conta, além da grandeza física, o curso da água de rios e mares que passam pela região que se pretende estimar a altitude.


Ao combinar essas duas diferentes medidas de altitude fornecidas pelo modelo geoidal e pelos GNSS, respectivamente, é possível obter uma terceira altitude, chamada “altitude nivelada”, que representa a grandeza física de uma determinada região.


Dessa forma, é possível obter mapas de uma área onde se pretende construir uma usina hidrelétrica, por exemplo, com medidas de desnível do solo com muito maior acurácia do que as medições de relevo por nivelamento geométrico realizadas no passado.


Obtida por meio de equipamentos conhecidos como níveis, cada medição indicava as variações do relevo em distâncias de, aproximadamente, 100 metros, cobrindo poucos quilômetros por dia.


“A realização de nivelamento para construção de uma hidrelétrica, por exemplo, é um trabalho demorado e caro”, afirmou Monico. “O modelo geoidal facilita o uso de GNSS nessa atividade e possibilita medições de relevo de forma mais rápida, mais econômica e com menor risco de erro de desapropriação de imóveis situados em áreas que não serão afetadas pelo projeto”, exemplificou.


De acordo com o pesquisador, essa forma de medir variações de altitude associadas ao campo de gravidade também possibilita mapeamentos geológicos para a construção de estradas e de redes de irrigação e de esgoto.


Além disso, auxilia na identificação de reservas de petróleo, jazidas de minérios e cavernas inexploradas, mostrando como e onde a quantidade de água de depósitos subterrâneos nos grandes aquíferos pode oscilar ao longo do ano.


“Quanto maior a acurácia das medições de relevo, maior a facilidade para diversas aplicações”, afirmou Monico.



Construção do modelo


O desenvolvimento do modelo geoidal do estado de São Paulo fez parte da pesquisa de doutorado realizada por Gabriel do Nascimento Guimarães na Poli, sob orientação do professor Denizar Blitzkow.


Para desenvolver o modelo, foram reunidas medidas de variações de gravidade (gravimétricas) obtidas de pontos de medição em terra em São Paulo e nos estados no entorno, como Minas Gerais, Mato Grosso do Sul e Paraná.


Os dados foram complementados por informações dos satélites Gravity Recovery and Climate Experiment (Grace), operado pela Nasa e pelo DLR, a agência espacial da Alemanha, e Goce, da Agência Espacial Europeia (ESA, na sigla em inglês).


O modelo foi comparado com as observações sobre o nivelamento do Estado de São Paulo feitas por GPS e pelo Goce. A comparação revelou que o modelo apresenta uma diferença com o nivelamento feito por satélites de apenas 20 centímetros.


“Podemos afirmar que, hoje, o modelo geoidal do estado de São Paulo tem uma consistência com o nivelamento realizado por GNSS de 20 centímetros. Isso representa a melhor marca que se tem no Brasil atualmente que, em média, é de 50 centímetros”, disse Guimarães.


Quando o professor Blitzkow começou a medir variações da gravidade e desenvolver modelos geoidais, nos anos 1980, a diferença de nivelamento era de 5 metros.


Alguns dos fatores relacionados por ele como responsáveis por essa redução na diferença de nivelamento são os esforços realizados pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) para produzir mapas da variação do campo de gravidade em todo o território nacional. Outro fator foi a realização de missões como a realizada pelo Goce, que mapeou a gravidade da Terra com detalhamento sem precedentes.


“Em 1980, quando começamos a medir variações de gravidade, começamos a melhorar a consistência dos modelos geoidais no Brasil em metros. Hoje, estamos melhorando de centímetro em centímetro”, disse Blitzkow no terceiro workshop do Projeto Temático, realizado no dia 20 de junho durante a conferência MundoGEO#Connect LatinAmerica 2013.



Fonte: Agência Fapesp
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