- Aplicativos de mapa parecem assumir que a superfície da Terra está parada, mas na prática movimentos das placas tectônicas e terremotos podem desalinhAR continuamente coordenadas e imagens
- O georreferenciamento de GPS de consumo e de imagens aéreas/satelitais gera erros de vários metros, e estudos com imagens de alta resolução do Google Earth também confirmaram erros de posição de 1 a 50 m
- Nos EUA, o sistema de referência geodésico NAD 83 é usado junto com o WGS 84 do GPS e do Google Maps, e a diferença entre referenciais locais e globais se acumula com o tempo
- Regiões sobre limites de placas, como o sul da Califórnia, tornam a atualização de coordenadas mais complexa, e após terremotos o relevo real, como estradas e linhas costeiras, pode se deslocar vários metros
- A atualização de mapas depende de orçamento, práticas de topografia e precisão dos equipamentos, então é difícil refletir mudanças imediatamente; quanto mais antigo o mapa, mais claramente ele revela que a Terra é um planeta dinâmico
Mapas sobre uma superfície em movimento
- Lugares na superfície terrestre não têm coordenadas completamente fixas por causa do movimento das placas tectônicas e dos terremotos
- Para que Google Maps, navegação automotiva e outros serviços de mapa orientem um destino, as coordenadas dos lugares precisam permanecer precisas continuamente
- Geógrafos, geólogos e geodesistas operam a infraestrutura que mantém a precisão dos mapas, mas nem sempre conseguem acompanhar imediatamente um terreno em movimento
- Essa diferença pode aparecer como um erro de posição visível no mapa exibido na tela
Erros no GPS e no alinhamento de imagens
- Ken Hudnut explica que, mesmo ficando em pé com um receptor GPS bem no meio de um cruzamento, no Google Earth a pessoa pode parecer fora do centro da interseção
- As causas do erro se dividem em duas grandes frentes
- O hardware de GPS para consumidores tem incerteza de posição de vários metros ou mais
- Mapas e imagens de satélite também podem ficar deslocados em escala semelhante, dependendo da qualidade do georreferenciamento que os ajusta à grade de latitude e longitude
- Um estudo de 2008 analisou imagens do Google Earth de 31 cidades de países desenvolvidos e encontrou erros de posição na faixa de 1 a 50 m
- Em um exemplo verificado pelo próprio autor, o Google Maps mostrava o deque atrás de casa com diferença de cerca de 10 m, e ao comparar imagens de datas diferentes no Google Earth a posição da casa parecia se mover até 20 m
- Esses erros, em geral, surgem mais da dificuldade de sobrepor imagens aéreas e orbitais à grade de coordenadas do que de mudanças geológicas em si
Pontos de controle e marcos topográficos
- Para alinhar imagens de mapa à grade de coordenadas, são necessários pontos de controle instalados no solo
- O National Geodetic Survey (NGS) dos EUA mantém uma rede de estações fixas de observação por GPS e, nos últimos dois séculos, instalou marcos topográficos em forma de discos metálicos em rochas expostas, pilares de concreto e estruturas permanentes
- O processo de alinhar mapas ao terreno real não é perfeito
- As coordenadas dos marcos topográficos podem estar imprecisas
- Algumas coordenadas podem estar completamente erradas
- O NGS e outras instituições só voltam a verificar esses marcos muito raramente
- Por restrições orçamentárias, o NGS tem dificuldade para enviar equipes a campo só para confirmar se os marcos ainda existem, e geocachers ajudam a manter atualizadas as informações de recuperação desses marcos ao encontrá-los por hobby e enviar relatórios
NAD 83 e WGS 84
- O datum, a grade de latitude e longitude, não é algo dado naturalmente; é um sistema de referência de coordenadas que precisa ser fixado a um modelo da forma da Terra
- Os EUA usam em conjunto dois datums principais
- NAD 83: desenvolvido pelo NGS e otimizado para a maior parte dos mapas e levantamentos topográficos da América do Norte
- WGS 84: mantido por órgãos militares, base do Google Maps e do GPS, com prioridade para cobertura global
- O NAD 83 substituiu o sistema de referência de 1927 e foi adotado em 6 de dezembro de 1988; por usar um modelo mais preciso da forma da Terra, as coordenadas de alguns lugares mudaram até 100 m
- Mapas antigos baseados no NAD 27 ainda continuam em circulação
- Quando a Marinha dos EUA desenvolveu o primeiro sistema de navegação por satélite nos anos 1960, definiu a longitude zero extrapolando o antigo referencial norte-americano; depois foi confirmado que esse meridiano acabou desenhado cerca de 100 m a leste da marca histórica do meridiano principal no Observatório Real de Greenwich
Referencial global e referenciais presos à placa tectônica
- O NGS e o setor militar cooperaram para alinhar seus datums, mas depois os dois sistemas voltaram a se separar, criando incompatibilidades entre mapas e coordenadas de GPS
- O WGS 84 é um padrão global não preso a uma placa tectônica específica e, na prática, está fixado ao interior profundo da Terra
- Geodesistas assumem que as placas tectônicas se movem como engrenagens encaixadas e que, ao somar todas as taxas de rotação, o resultado é zero, para separar latitude e longitude do movimento de uma placa específica
- Se as coordenadas não estiverem presas a uma placa específica, as posições de levantamento e os mapas produzidos sobre elas se alteram com o tempo
- Já o NAD 83 se move como uma malha posicionada sobre a placa norte-americana; quando a placa se desloca, o datum vai junto
- Esses datums regionais permitem que motoristas e topógrafos façam navegação e delimitação de terrenos sem precisar se preocupar tanto com grandes movimentos de placas e com o movimento polar
O descompasso acumulado do NAD 83 e o plano de atualização de 2022
- O NAD 83 não passou por uma reformulação completa para refletir o conhecimento aprimorado sobre a forma e o tamanho da Terra
- Segundo Dru Smith, o NAD 83 é internamente consistente e preciso, mas a coordenada (0,0,0), que deveria estar no centro da Terra, está deslocada em cerca de 2 m
- Em troca de facilitar a vida dos topógrafos, a grade de latitude e longitude da América do Norte vai se afastando cada vez mais do restante do mundo
- O NGS planejava uma atualização em 2022, que moveria pontos do continente norte-americano em mais de 1 m
Regiões sobre limites de placas, como o sul da Califórnia
- O sul da Califórnia está sobre a placa norte-americana e a placa do Pacífico, então a diferença em relação ao “resto do mundo” fica ainda mais complexa
- A placa do Pacífico se move para noroeste algumas polegadas por ano em relação ao restante da América do Norte
- O limite entre placas não é uma linha nítida, então o deslocamento real varia de forma complexa conforme a localização
- O California Spatial Reference Center, em La Jolla, opera uma rede de estações de observação e atualiza periodicamente as coordenadas dos pontos de controle no estado
- A última atualização foi em 2018
- Topógrafos usam essas coordenadas para vincular seus levantamentos ao NAD 83
- Yehuda Bock considera que, se as coordenadas mudarem com muita frequência, isso complica o trabalho dos topógrafos, então atualizações periódicas são um meio-termo
- Para a definição local de limites isso pode não ser um grande problema, mas projetos de grande escala, como a ferrovia de alta velocidade da Califórnia, precisam acompanhar o movimento tectônico
As marcas que os terremotos deixam nos mapas
- Terremotos podem produzir um deslocamento como se cortassem o mapa na diagonal ao longo de uma falha e empurrassem um lado em relação ao outro
- Perto do epicentro do terremoto de Landers de 1992, nas coordenadas 34.189838, -116.433842, é possível ver no Google Earth, comparando imagens históricas, o deslocamento lateral ao longo da falha
- Comparando a imagem de julho de 1989 com a de maio de 1994, o alinhamento da Aberdeen Road ao cruzar a falha muda de forma perceptível
- O terreno próximo à falha se moveu vários metros por causa do terremoto
- Redes de GPS também conseguem detectar terremotos em tempo real
- Um vídeo produzido com base em dados do terremoto de Tohoku de 2011 mostra a linha costeira perto do epicentro se movendo horizontalmente até 4 m, enquanto a onda se propaga pelo Japão e pelo mundo
Velocidade de atualização dos mapas e restrições reais
- Leva tempo até que correções de atividade tectônica sejam refletidas nos mapas
- O National Geospatial Technical Operations Center do USGS produz os mapas topográficos do USGS usados por praticantes de atividades ao ar livre, e esses mapas são atualizados a cada 3 anos
- Mesmo assim, foi difícil manter esse ciclo de três anos em meio a cortes de orçamento
- Muitas vezes se considera que pequenos erros entre uma atualização e outra ficam escondidos pela própria imprecisão da cartografia e dos equipamentos de GPS
- A tecnologia de GPS já chegou a um nível em que pequenas correções podem ser aplicadas com mais frequência, e no futuro os mapas podem ser atualizados em velocidade próxima do tempo real
- Mapas antigos revelam que a Terra não é um pano de fundo estático, mas um planeta dinâmico em constante movimento
1 comentários
Comentários do Hacker News
Para referência, há dados da NASA de vetores de movimento globais: https://sideshow.jpl.nasa.gov/post/series.html
Terremoto de Kaikōura de 2016: https://en.wikipedia.org/wiki/2016_Kaik%C5%8Dura_earthquake
Se você estiver procurando um padrão mais claro, há o International Terrestrial Reference System and Frame: https://en.m.wikipedia.org/wiki/International_Terrestrial_Re...
Os sistemas de referência melhores usados hoje estão vinculados a um ano específico desse sistema, ou seja, a um referencial por epoch
Por exemplo, o GDA2020 da Austrália se baseia no ITRF2014 no epoch 2020.0, enquanto o GDA94 anterior se baseava no ITRF1992 no epoch 1994.0. A diferença entre os dois é de cerca de 1,8 m
https://www.ga.gov.au/scientific-topics/positioning-navigati...
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Se quiser se aprofundar mais nos referenciais geodésicos do mundo todo, há um site dedicado: https://www.asprs.org/asprs-publications/grids-and-datums
Dá para ver a história dos referenciais de vários países e o processo que levou ao estado atual. É uma leitura árida, mas ao mesmo tempo bastante interessante
Uma das partes de que mais gosto nessa área é a história. É fascinante o processo pelo qual os humanos vêm tentando entender melhor a forma do mundo e medi-la melhor para encaixá-la em mapas planos
Como o autor não conversou com o Google, ao ler este texto não dá para saber como o Google realmente lida com isso
Fiquei curioso para saber como o OpenStreetMap lida com isso; pelo menos no Dia da Mentira, dizem que lidam assim: https://blog.openstreetmap.org/2017/03/31/osm-plate-tectonic...
Se alguém souber mais sobre isso, seria ótimo compartilhar :-)
Edit: ah, era um post de Dia da Mentira. Ainda assim, parecia possível de implementar
O texto não menciona isso, mas fico curioso para saber como, no sul da Califórnia, as coordenadas de limites de imóveis são registradas levando em conta o deslocamento
No nosso país, onde a tectônica de placas é relativamente estável, usa-se um único sistema de coordenadas para todo o território
Parece que teria de ser registrado como distâncias a partir de algum marco geodésico local, mas também me pergunto o que acontece quando há um deslocamento que divide uma estrada em duas, como no ano passado na Turquia
https://nationalpost.com/news/world/turkey-syria-earthquake-...
Na maioria dos estados dos EUA, o Public Land Survey System fornece “meridians” e “baselines” que funcionam como centros regionais. A partir deles, a cada 6 milhas surge um novo “township”, e seus cantos servem como pontos de referência locais para limites de imóveis
https://en.wikipedia.org/wiki/Public_Land_Survey_System
Costumo pensar em um cenário de ficção científica em que, daqui a milhões de anos, a humanidade de alguma forma ainda exista em uma forma familiar, e duas placas com vegetação natural e fauna completamente diferentes se aproximem uma da outra
Por exemplo, se a Califórnia, cheia de defensores da proteção de plantas nativas, e a Austrália chegassem a menos de 50 milhas uma da outra, o noticiário começaria a falar para não transportar plantas e animais entre elas. Abaixo de 20 milhas, ventos e tempestades já teriam levado alguns, mas as pessoas dos dois lados ainda poderiam resistir. No momento em que elas de fato se tocassem pela primeira vez, talvez surgisse, com força obrigatória, um enorme tratado que mudaria o futuro daquele mundo
Ou então poderiam simplesmente erguer cercas, proibir moradia no litoral e manter para sempre essa fronteira continental artificial
Cada geração adota novos valores e, quando uma geração morre, esses valores também desaparecem. A tectônica de placas é tão lenta que a realidade provavelmente seria muito mais entediante do que essa história de ficção científica. As centenas de milhares de anos em que duas regiões ficariam “próximas o suficiente” seriam suficientes para que os dois grupos repetissem integração e conflito centenas de vezes
https://www.independent.com/2011/01/15/how-eucalyptus-came-c...
É um cenário interessante para explorar em um romance, mas não há chance de se tornar realidade
Lembro de ter usado um Garmin GPS portátil nos anos 2000, quando ia de Los Angeles a Berkeley
Como o velocímetro do carro estava quebrado, eu também podia usá-lo como velocímetro durante a viagem, mas a posição mostrada no mapa ficava constantemente deslocada uns 50 pés. Pensando agora, fico me perguntando se isso era por causa do movimento tectônico ou simplesmente erro do próprio aparelho
Quando penso naquele carro, é impressionante como ele era uma sucata, mas ainda assim era divertido por ser conversível. Minha esposa o via como uma armadilha mortal
Cerca de 10 anos atrás, fiz bastante canyoning e bushwalking nas Blue Mountains, perto de Sydney, na Austrália, e mantinha um Garmin GPSMAP ligado até durante os deslocamentos de carro. Em mais de 20 trajetos, houve trechos sobrepostos em que eu dirigia pela rodovia de montanha, mas as trilhas não coincidiam entre si. Todas eram trajetos suaves que correspondiam à curvatura da estrada, mas cada uma tinha um deslocamento diferente, normalmente de 2 a 5 m em relação aos dados do mapa. A mediana desses mais de 20 trajetos coincidia muito bem com os dados do mapa
Você aprende o que fazer quando o carro superaquece, a trocar pneu, trocar fusível, distinguir cheiro de óleo queimando de cheiro de líquido de arrefecimento, fazer chupeta e chamar o guincho. São habilidades importantes de vida
É parecido com a velocidade de crescimento das unhas
https://oceanservice.noaa.gov/facts/tectonics.html
Há alguns fatos interessantes de que me lembro de quando pesquisei isso na faculdade, uns 9 anos atrás
Não é apenas o movimento horizontal das placas que causa mudanças de posição
O WGS 84 e outros referenciais usam internamente um modelo de referência elipsoidal. Esse elipsoide é escolhido para aproximar a superfície da Terra, mas, por ser uma forma simples, não representa bem montanhas nem irregularidades no formato do planeta
Por isso, não só a precisão da posição no topo de montanhas fica menor, como também vai ficando mais imprecisa com o tempo à medida que as montanhas crescem. Claro que esses valores são muito pequenos, nada demais em comparação com placas se movendo alguns cm
Outro fato interessante é que, como a Terra gira em torno de um eixo fixo, o elipsoide também se torna menos preciso com o passar do tempo. A força de rotação faz a Terra achatar em cima e embaixo, ou seja, nas regiões polares, e alargar no meio. Isso também deve ser desprezível
Hoje em dia, parece que os elipsoides são medidos por satélite, mas no passado isso precisava ser feito manualmente e tinha um caráter mais regional. Cartografia sempre foi algo muito importante para governos, então há muita história nisso
Por isso, ainda hoje os dados de muitos lugares são baseados em sistemas diferentes do WGS84. Pode ser por dados históricos, como limites de propriedades anteriores à invenção do GPS, ou porque usam referenciais e elipsoides locais que atendem melhor às necessidades de um país ou estado específico
Talvez algum dia passemos a usar uma enorme tabela de consulta global em vez de uma representação matemática da forma da Terra
O trabalho que fiz na faculdade foi comparar uma grade de consulta para toda a Alemanha com uma abordagem matemática para um referencial de toda a Alemanha. Essa grade de consulta foi criada por órgãos estaduais e era mais precisa porque podia incluir referenciais mais locais. Tecnicamente, dá para vê-la como uma pré-computação em que cada estado escolhe o método mais preciso, e os resultados são então combinados em uma tabela de consulta nacional
Nessa comparação, a diferença entre o referencial de toda a Alemanha e o conjunto de referenciais estaduais chegou a até 4 m
Correção: removi a palavra “imprecisão” e troquei por “diferença”. Tudo é relativo. O ponto principal é que, ao lidar com dados geográficos, é preciso conhecer o referencial de origem e o de destino. Caso contrário, tudo quebra