Soil Moisture Estimation by GNSS-IR from Active Stations: Case Study – RBMC/IBGE, UFPR Station

Authors

DOI:

https://doi.org/10.11137/1982-3908_2025_48_65911

Keywords:

Interferometric reflectometry, Geodetic remote sensing, Hydrological cycle

Abstract

The Earth is a dynamic planet subject to numerous natural phenomena and processes that human activities have intensified. Monitoring variables associated with these phenomena is essential. Soil moisture, for example, plays a crucial role in climate systems, agriculture, and the hydrological cycle. The Global Navigation Satellite Systems (GNSS) is one of the Geodesy tools used for monitoring the Earth, through which the GNSS Interferometric Reflectometry (GNSS-IR) technique can be employed to estimate soil moisture. In this study, the UFPR station, part of the Brazilian Continuous Monitoring Network of GNSS Systems (RBMC) was selected for investigation. A Python script was developed to automate the preparation of GNSS data from any RBMC station. Different processing configurations of a reflectometric algorithm were evaluated, resulting in a set of time series of soil moisture for 2022. Results indicate that configurations adapted to the station’s local conditions contribute to the enhancement of the results. The best signal among the 24 evaluated was the
precise signal from the L2 frequency of GLONASS (RS2P). Peaks in precipitation were aligned with peaks in soil moisture, with soil moisture ranging from 0 to 0.35 m³/m³. The results support the development of a methodology for monitoring soil moisture in the vicinity of GNSS-RBMC stations that meet GNSS-IR requirements, expanding the potential applications of this network.

Author Biographies

Jorge Felipe Euriques, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro

Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro

Luis Augusto Koenig Veiga, Federal University of Paraná

Possui graduação em Engenharia Cartográfica pela Universidade Federal do Paraná (1993), mestrado em Engenharia de Transportes pela Universidade de São Paulo (1996) e doutorado em Engenharia de Transportes pela Universidade de São Paulo (2000). Professor Titular da Universidade Federal do Paraná. Atua na área de Geodésia, com ênfase em automação de levantamentos geodésicos e topográficos, monitoramento de estruturas civis, optimização de levantamentos geodésicos e topográficos e na utilização de sensores MEMS em aplicações geodésicas e levantamentos 3D para fins de preservação de patrimônio histórico. É professor do Curso de Engenharia Cartográfica e de Agrimensura e professor e orientador do Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Foi por 3 mandatos coordenador do curso de graduação em Engenharia Cartográfica e de Agrimensura, Chefe do Departamento de Geomática, membro do Conselho de Planejamento e Adminsitração da UFPR (COPLAD), do Conselho de Ensino e Pesquisa (CEPE) e presidente do Fórum de Coordenadores de Curso de Graduação da UFPR. Atualmente é Coordenador do laboratório de Geodésia Aplicada à Engenharia (GEENG) e Coordenador do Museu de Ciências Geodésicas da UFPR.

Wagner Carrupt Machado, Federal University of Uberlândia

Atualmente é professor de geodésia do curso de graduação em Engenharia de Agrimensura e Cartográfica do Instituto de Geografia da Universidade Federal de Uberlândia. Possui graduação em Engenharia Cartográfica pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (Unesp) (1998), mestrado em Ciências Cartográficas pela Unesp (2001) e doutorado em Engenharia de Transportes pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (2012). Tem experiência na área de Geociências, com ênfase em Geodésia Celeste, tendo atuado nos seguintes temas: solução da ambiguidade GPS em linhas de base curtas, controle de qualidade e processamento de dados GPS, bem como modelagem da atmosfera neutra e ionosfera no posicionamento geodésico e aplicação de redes neurais em geodésia. Trabalhou durante um ano no ITESP, onde exerceu atividades na área de SIG, levantamento topográfico e elaboração de material técnico. Trabalhou no IBGE de 2002 a 2016, onde adquiriu experiência com levantamentos geodésicos com GNSS e gravimetria, implantação e manutenção de estações da RBMC e se envolveu com cálculo do modelo geoidal do Brasil, cálculo da combinação semanal da rede SIRGAS-CON, modelagem da ionosfera no PPP com L1 e elaboração de material técnico.

Claudia Pereira Krueger, Federal University of Paraná

A pesquisadora possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Paraná (1988), mestrado em Ciências Geodésicas pela Universidade Federal do Paraná (1994) e doutorado em Ciências Geodésicas pela Universidade Federal do Paraná (1996). Sendo que este último foi cursado na modalidade sandwich entre a UFPR e o Institut für Erdmessung da Universidade de Hannover. Atualmente é professora titular da Universidade Federal do Paraná. É docente permanente dos Programas de Pós Graduação em Ciências Geodésicas (PPGCG/UFPR - mestrado e doutorado) e em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambientais (PPGERH/UFPR mestrado e doutorado). Tem experiência na área de Geociências, com ênfase em Geodésia Espacial e Geodésia Marinha, atuando principalmente nos seguintes temas: GPS, DGPS, GNSS, levantamentos geodésicos em áreas costeiras, monitoramento das áreas costeiras, calibração de antenas GNSS, levantamentos hidrográficos. É membro do corpo editorial do Boletim de Ciências Geodésicas e da Revista Brasileira de Cartografia. Coordenadora de projetos de pesquisa financiados pela Fundação Araucária e pelo CNPq. Em 2009 recebeu o titulo de Hidrográfo Honorário pela Diretoria de Hidrografia e Navegação, da Marinha do Brasil. Foi Coordenadora da Iniciação Científica e Integração Acadêmica da PRPPG e do Programa de Pós-graduação em Ciências Geodésicas. Possui 11 capítulos de livros, 37 artigos em periódicos (nacionais e internacionais) e 151 artigos publicados em eventos nacionais e internacionais. Em termos da formação de recursos humanos, Claudia orientou 9 teses de doutorado, 16 dissertações de mestrado, co-orientou 1 tese de doutorado e 2 dissertações de mestrado, cerca de 32 trabalhos de especialização e de conclusão de curso de graduação e cerca de 30 trabalhos de iniciação científica e inovação tecnológica. Possui Bolsa Produtividade da Fundação Araucária. Membro do projeto ResMa, CAPES/PRINT.

Felipe Geremia-Nievinski, Federal University of Rio Grande do Sul

Professor no Departamento de Geodésia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), onde também atua como orientador na linha de pesquisa em geodésia por satélites do Programa de Pós-Graduação em Sensoriamento Remoto (2017-). Foi coordenador do curso de graduação em Engenharia Cartográfica (2016-2020) e diretor do Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia (2021-2023). É pesquisador honorário do Departamento de Geodésia e Engenharia Geomática da Universidade de New Brunswick (UNB). Tem graduação em Engenharia Cartográfica pela UFRGS (2004), mestrado em Engenharia Geomática pela UNB (Canadá, 2009) e PhD em Engenharia Aeroespacial pela Universidade do Colorado Boulder (EUA, 2013), com estágio pós-doutoral na Universidade Estadual Paulista (2015). É autor de cerca de 40 artigos internacionais com revisão paritária e foi avaliador de mais de 250 submissões para publicação em diversos periódicos. É editor associado do Boletim de Ciências Geodésicas (2020-), Journal of Geodesy (2019-), Revista Brasileira de Cartografia (2018-), Pesquisas em Geociências (2017-) e membro do corpo editorial de GPS Solutions (2015-). É líder de projetos de pesquisa na área de sistemas de posicionamento, navegação e cronometria por satélites (GPS/GNSS). Tem experiência em geodésia espacial, com ênfase em refração atmosférica e refletometria GNSS (GNSS-R). Foi coordenador (2015-2019), vice-coordenador (2020-2023) e membro (2024-) de grupos de trabalho sobre GNSS-R da Associação Internacional de Geodésia (AIG/IAG). Foi agraciado em 2013 com o prêmio de melhor tese de doutorado sobre GNSS pelo Institute of Navigation e nomeado "Fellow" da AIG/IAG em 2019.

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Published

2025-04-17

How to Cite

Euriques, J. F. (2025) “Soil Moisture Estimation by GNSS-IR from Active Stations: Case Study – RBMC/IBGE, UFPR Station”, Anuário do Instituto de Geociências. Rio de Janeiro, BR, 48. doi: 10.11137/1982-3908_2025_48_65911.

Issue

Vol. 48 (2025): Anuário do Instituto de Geociências

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Environmental Sciences

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