Tempestades solares podem atrapalhar levantamentos de construção baseados em GPS. Qual é a solução?

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Um canteiro de obras na cidade com um guindaste de torre amarelo em um céu noturno claro com uma aurora boreal verde. Gerado com Adobe Firefly

Qualquer pessoa que teve a sorte de testemunhar uma exibição espetacular da aurora boreal no início deste ano saberá que a atividade solar está aumentando.

A atividade solar ocorre em ciclos de 11 anos e, atualmente, estamos nos aproximando do pico do Ciclo Solar 25. Isso significa mais manchas solares, áreas de intensa atividade magnética que produzem erupções solares e ejeções de massa coronal (grandes expulsões de plasma e campo magnético do sol). Daí muitas partes do mundo desacostumadas com as luzes do norte, de repente, serem presenteadas com demonstrações coloridas do fenômeno.

O que tudo isso tem a ver com construção? Infelizmente, o clima solar tempestuoso também pode causar estragos em equipamentos de topografia que usam sinais GNSS (Global Navigation Satellite Systems).

“Ele tende a corromper o desempenho do GPS, incluindo RTK (posicionamento cinemático em tempo real) para aplicações de construção e topografia�, diz Stuart Riley, vice-presidente de tecnologia � GNSS da Trimble, empresa de tecnologia sediada nos EUA.

Quando o plasma do sol atinge a ionosfera, ele geralmente segue linhas de campo magnético nos Polos Norte e Sul, diz Riley.

Normalmente, a atividade solar tende a afetar apenas os confins mais distantes do norte. Mas quando ela é forte, como é atualmente, os problemas podem se espalhar para a América do Norte, Reino Unido e Europa.

À medida que mais plasma é liberado do Sol, ele atinge a ionosfera da Terra e pode causar atrasos nos sinais GNSS, bem como atenuação rápida.

A mais recente grande tempestade, em maio, causada por partículas emitidas por uma enorme mancha solar, foi a mais intensa desde 2003. “Vimos um impacto significativo no norte do Canadá e em latitudes mais ao norte, mas também nos EUA e até mesmo na área da Baía, o que é extremamente raro�, diz Riley.

Um receptor GNSS modular Trimble R750. Um receptor GNSS modular Trimble R750. (Imagem: Trimble)

“Definitivamente vimos alguns problemas na Escandinávia e nos países nórdicos e vimos atividade na Europa, mas não foi tão ruim lá, embora tenha havido algumas auroras dramáticas.

“Da última vez, tivemos sorte porque começou no final de um dia de sexta-feira no Reino Unido e a maior parte da atividade já tinha acabado na segunda-feira. Se tivesse sido durante o horário de trabalho no meio da semana, teria sido muito mais prejudicial às operações.�

O maior desafio é uma degradação no sinal que afeta a capacidade de detectar a posição do equipamento, diz Riley. “Você pode ter problemas de rastreamento em que o sinal fica atenuado a ponto de você não conseguir rastreá-lo por breves períodos de tempo. Isso não aconteceu muito nas tempestades recentes�, ele explica.

“O outro efeito é que a medição da distância até o satélite pode ser corrompida. Para RTK, você tem a base e tem o rover e fazemos muitas suposições sobre as medições serem correlacionadas. Quando você obtém essas altas atividades ionosféricas, começa a ver alguma descorrelação das fontes de erro da base e do rover.�

Do ponto de vista de um trabalhador da construção civil ou de um agrimensor, isso significa que as medidas de altura ou a posição horizontal podem começar a mudar, tornando as medições potencialmente menos precisas.

“Pode ser extremo � até não ser mais capaz de fazer RTK, mesmo que apenas por breves períodos�, diz Riley.

Qual é a solução?

Este não é o primeiro ciclo solar a acontecer na era do RTK, diz Riley. A tecnologia RTK está em desenvolvimento desde a década de 1990 e os algoritmos e o hardware melhoraram gradualmente ao longo do tempo, o que significa que os novos sistemas têm melhor desempenho do que os antigos.

Isso não significa que novos sistemas sejam imunes, no entanto. “Diferentes fabricantes vão reagir a esses problemas de maneiras diferentes. Mas, geralmente, uma degradação potencial na posição é um problema de produtividade para os trabalhadores da construção�, diz Riley.

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E, como resultado, o trabalho já está em andamento há algum tempo para manter a interrupção no mínimo à medida que alcançamos o máximo solar (o maior período de atividade solar no ciclo), previsto para ocorrer entre o final de 2024 e o início de 2026, de acordo com o Centro de Previsão do Clima Espacial (SWPC) da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional dos EUA (NOAA).

“Há cerca de três anos, sabíamos que o ciclo iria esquentar. É muito previsível�, diz Riley.

“Sabemos que dois a três anos antes do pico, historicamente começamos a detectar problemas e eles continuaram por dois a três anos depois disso. Então, por até cerca de seis anos em um ciclo de 11 anos, tendemos a ter problemas menores. Geralmente, é em locais mais extremos � locais muito ao norte, onde começaríamos a ver se primeiro. Então, há alguns problemas únicos em regiões equatoriais, como o Brasil, que são indicadores precoces de atividade.�

Fotografia de retrato de Stuart Riley de Trimble Stuart Riley

Riley e seus colegas da Trimble começaram a coletar uma grande quantidade de dados há cerca de três anos, implantando equipamentos em vários lugares do mundo, bem como usando dados da rede RTX da empresa, que tem estações ao redor do mundo. Eles também usaram gravação sofisticada de radiofrequência (RF) para registrar tempestades e levá-las de volta ao laboratório para estudá-las e descobrir maneiras de proteger os sinais.

“Se pudermos registrar uma tempestade, podemos trazer isso de volta para o laboratório e reproduzi-lo várias vezes e ajustar os algoritmos em um nível realmente baixo. Isso é algo que não tínhamos disponível da última vez.�

O resultado de toda essa coleta de dados e ajustes de algoritmos foi um novo produto chamado ' ', que foi lançado no final do ano passado e distribuído como uma atualização gratuita para qualquer pessoa que use os serviços de suporte da Trimble. "Ele monitora a medição em uma base satélite por satélite e tenta estimar três parâmetros diferentes relacionados à ionosfera", explica Riley.

“A partir daí, podemos ajustar o mecanismo de posição com base no que determinamos desses parâmetros por satélite. Você frequentemente descobrirá que tempestades solares não necessariamente iluminam todo o céu, mas haverá trechos do céu que são afetados. Haverá alguns satélites que são extremamente afetados, alguns leves e alguns nem um pouco. Ao estimar o que está acontecendo por satélite, podemos configurar o mecanismo de posição de forma mais otimizada e então você deriva uma estimativa melhor da posição.�

Quando a atividade solar se torna particularmente forte, o sistema projetado pela Trimble entra em ação e compensa as áreas que foram gravemente afetadas para manter as medições mais precisas.

“O que descobrimos é que, durante períodos benignos de tempo, esses detectores não disparam, mas durante tempestades solares, eles começam a disparar e começamos a ajustar o mecanismo e começamos a ver uma melhora substancial quando isso acontece�, diz Riley.

O IonoGuard funcionou “muito bem� durante a última tempestade, ele diz, e para provar isso ele de um local no Canadá onde anteriormente houve problemas significativos com o RTK.

Embora professe não ser um especialista no assunto, Riley espera que mais tempestades ocorram. “Certamente podemos esperar mais tempestades. Elas poderiam ser da magnitude que vimos recentemente? Possivelmente. Poderia ser maior, poderia ser menor � não é algo previsível. Potencialmente, da próxima vez, pode afetar as operações em uma área geográfica diferente. Pode não ser a América do Norte � pode ser a Europa ou outro lugar.

Conselhos para futuras tempestades

Quando se trata de se preparar para os efeitos de futuras tempestades solares, o primeiro conselho de Riley para os usuários da tecnologia da Trimble é garantir que estejam usando o firmware mais recente e que o IonoGuard esteja habilitado.

De forma mais geral, ele acrescenta: “De uma perspectiva RTK, se historicamente você tem empurrado o comprimento da linha de base, então reconsidere isso. Se você estava se safando com uma separação de base e rover que é realmente longa em condições benignas, então considere se seria prático reduzir isso. Dependerá da operação. Alguns canteiros de obras estão a apenas algumas centenas de metros até quilômetros. Algumas operações podem estar empurrando para dezenas de quilômetros. Então, você revisa coisas assim e a tecnologia que está usando para garantir que todos os recursos de que precisa estejam habilitados.�

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