Aquisição de dados através do GPS de Navegação

Jancerlan G. RochaGeógrafo e Tecnológo em

Geoprocessamentojancerlanrocha@yahoo.com.br

Agenda: etapas do cursoTEORIA

1ª Sistemas de Posicionamento Global2ª A Tecnologia GPS3ª Introdução à Cartografia4ª Os Recursos e Funções do GPS de Navegação

PRÁTICA

5ª Configuração e Manuseio do Equipamento6ª Aquisição dos Dados em Campo7ª Fase de escritório

Sistemas de Posicionameto Global

Sistema americano – GPS ou NAVSTAR (composto por 28 satélites). Início em 1973Sistema russo – GLONASS (composto por 18 satélites). Início em 1982Sistema Europeu – GALILEU (composto por 2 satélites). Início em 2006Sistema Global de Navegação – GNSS (composto pela união dos satélites dos sistemas GPS e GLONASS)

Sistema de Posicionamento Global - GPS

O GPS (Global Positioning System – Sistema de Posicionamento Global) é um sofisticado sistema eletrônico de navegação, baseado em uma rede de satélites que permite localização instantânea em qualquer ponto da Terra. Seu desenvolvimento iniciou em 1978, tendo sido projetado inicialmente para uso militar dos EUA. Basicamente, o sistema GPS é composto de três partes denominadas segmento espacial, segmento de controle e segmento usuários.

A Tecnologia GPSÉ constituída por 3 segmentos ou componentes:1º Segmento Espacial (composto por 28 satélites);2º Segmento de Controle (Estações Terrestres);3º Segmento Usuário (Receptores de GPS).

Segmento Espacial (satélites)Contempla 28 satélites distribuídos em 6 planos orbitais, onde constam 4 satélites;Altura de aproximadamente 20.200 km acima da Terra;Tempo de Revolução 11:58 min.

A Tecnologia GPS

Segmento de Controle (estações terrestres)Este controle é feito por uma estação de controle Master localizado no Colorado, nos Estados Unidos, além de outras 5 estações terrestres. O segmento de controle monitora o desempenho total do sistema, corrige posições do satélite e reprograma o sistema com o padrão necessário.

A Tecnologia GPS

Segmento Usuário (receptores GPS e a comunidade de usuários)Os receptores GPS convertem os sinais dos satélites em posição, velocidade, e tempo estimado. Quatro satélites, no mínimo, são necessários para calcular as quatro dimensões: x, y, z (posição) e t (tempo)

A Tecnologia GPS

Segmento Usuário (receptores GPS e a comunidade de usuários)A posição (x, y, z) pode ser determinada com os valores da distância de três posições diferentes conhecidas pelo método de triangulação. Em teoria, a distância pode ser calculada multiplicando o tempo que o sinal demora a chegar pela velocidade a que este viaja (a velocidade da luz).

A Tecnologia GPS

Método de triangulação

A Tecnologia GPS

Patos

10 Km 25 Km

Malta

Patos

10 Km

Santa Terezinha

Patos

Malta

10 Km

25 Km

15 Km

O princípio da Trilateração

Determinação da Posição do receptor GPS

Para poder calcular sua posição no espaço, em 3 dimensões, um receptor GPS precisa determinar, a partir dos sinais emitidos pelos satélites, as distâncias entre ele e, no mínimo, quatro satélites, e as posições desses satélites. Com isso, através do método da trilateração, o receptor pode obter suas coordenadas geográficas (latitude e longitude) e sua altitude.Com relação a distância satélite-receptor, este é calculado através da duração de propagação do sinal emitido pelo satélite até o receptor x velocidade da luz, ou seja: d=Δt.v luz. Onde Δt – diferença de tempo entre os relógios do receptor e do satélite

Cada satélite transmite um sinal que é recebido pelo receptor, este por sua vez mede o tempo que os sinais demoram a chegar até ele. Multiplicando o tempo medido pela velocidade do sinal (a velocidade da luz), obtemos a distância receptor-satélite, (Distancia= Velocidade x Tempo). A distância pode ser determinada através dos códigos modulados na onda enviada pelo satélite (códigos C/A e P), ou pela integração da fase de batimento da onda portadora (método relativo).

Estrutura do sinal dos Satélites

Estrutura do sinal dos Satélites Os sinais transmitidos continuamente pelos satélites são ondas portadoras L.

• Portadoras L1 (link one) L2 (link two)• Frequências 1.575,42 MHz 1.227,60 MHz• Comprimento onda 19 cm 24 cm• Códigos C/A e P P• Mensagem de navegação sim sim• (efemérides transmitidas)

Posicionamento pelo Código – GPS de Navegação

Aplicações de posicionamento em tempo real (navegação), caracterizando-se pela observação do(s) código(s) C/A (e P), através do cálculo das pseudo-distâncias.

Mensagem de navegação ou NAVDATA•Tempo no Sistema GPS ( Z count )•Efemérides•Correções Clock•Saúde•Almanaque•Parâmetros modelo ionosférico•User Range Accuracy – URA

Classificação dos receptores Quanto às Observáveis: C/A

C/A e L1C/A, L1 e L2C/A, P, L1 e L2L1 e L2

Quanto ao Usuário: De navegaçãoTopográficosTemáticosGeodésicosCivisMilitaresTransferência de Tempo

Técnicas de Posicionamento com o sistema GPS

TÉCNICA APLICAÇÕES OBSERVAÇÃO PRECISÃO(sem S.A.)

Ponto Isoladoinstantâneo

NavegaçãoReconhecimento

código C/A (Pseudo-distância)

30 m

´´ ´´ código P(Pseudo-distância)

20 m

Erros no Posicionamento GPS Efeito Remoção

Diluição da Precisão (DOP) “horário”Efemérides dos satélites diferencialDrift clock do Satélite diferencialAtraso ionosférico diferencialAtraso troposférico diferencialS/A diferencialMulticaminho (multipath) “local da antena”Drift clock do recetorRuído do receptorSatélites não saudáveis

Degradação da PrecisãoExistem vários tipos de DOP, podem ser definidos consoante as coordenadas escolhidas. Os DOP mais comuns são: GDOP - degradação da precisão da posição tridimensional e tempo (geometria) PDOP - degradação da precisão da posição tridimensional VDOP - degradação da precisão vertical HDOP – degradação da precisão horizontal

As duas formas da Terra: noções de Cartografia

Forma da Terra

Elipsóide (elipse rotacionada em torno do eixo menor do Geóide)

Modelo matemático que define a superfície da Terra utilizada na Cartografia.

Geióde (Superfície de Nível)Superfície de mesmo potencial gravitacional (equipotencial) melhor adaptada ao nível médio do mar global.

GeóideElipsóide

Altitude Elipsoidal H

Superfície Terrestre

Ondulação Geoidal N

Altitude Ortométrica h

Geóide e Elipsóide

DATUMO sistema geodésico adotado para referência tanto das efemérides transmitidas quanto das precisas é o World Geodetic System de 1984 (WGS-84). Isto acarreta que os resultados dos posicionamentos realizados com o GPS referem-se a este sistema geodésico, devendo ser transformados para o sistema SAD-69, adotado no Brasil.DATUM PLANIMÉTRICO ou Horizontal (marco): Referenciamento das posições materializado pelo marco geodésico Chuá.DATUM Vertical (Referência de nível – RN): Marégrafo de Imbituba em Santa Catarina.

Noções de Cartografia: Coordenadas Geodésicas

Latitude e LongitudeLATITUDE: distância angular ao Equador

• 0º a 90 º para Norte ou Sul• Norte: latitudes positivas• Sul: latitudes negativas

LONGITUDE: afastamanto angular entre um ponto e o meridiano de referência

• 0º a 180 º para Leste ou Oeste• Meridiano de Greenwich

Noções de CartografiaLatitude e Longitude

Noções de Cartografia: Coordenadas Plano-retângulares

Sistema de Projeção UTM• Globo dividido em 60 fusos• Amplitude dos fusos 6º de longitude• Latitude da origem 0° (Equador)• Coordenadas E (Este) e N (Norte)• Falso Norte (translação Norte) 10.000.000 m• Falso Este (translação Este) 500.000

Noções de Cartografia

Fuso UTM

Noções de CartografiaEscala

Relação entre os elementos representados no mapa e aquelas medidas diretamente sobre a superfície da Terra.

OrientaçãoOs Três Nortes

Norte Geográfico (NG)• orientação do eixo de rotação da Terra

Norte Magnético (NM)• direção apontada pela agulha da bússola

Norte da Quadrícula (NQ)• norte da grade de coordenadas UTM

GPSWaypoint

é uma posição (x, y, z, t), associada a um nome. O armazenamento do waypoint é comumente chamado de “marcar um ponto”.

GPSTrackpoint

é uma posição armazenada em memória, mas sem qualquer nome ou outra referência, apenas as coordenadas x, y, z e t.

GPSTracklog

é um conjunto de trackpoints ordenados em função da coordenada t, ou seja, é uma “trilha” percorrida pelo receptor, onde os pontos estão na mesma ordem em que foram calculados. Alguns receptores podem armazenar um único tracklog, enquanto outros armazenam até uma dezena ou mais.

CONFIGUR PARA USAR GPS

Modo de operação Normal – GPS tempo todo ligado

Defasagem do fuso horário -03:00- parte do N, NE, SE, parte do Centro Oeste e Sul

DATUM SAD-69 (Datum oficial do BrasilWGS84 – Datum do GPS

Unidades Métrica

Documentos CartográficosSistema de Projeção e sistema de Coordenadas;Meridiano Central que gerou a origem das Coordenadas nas plantas cartográficas;Orientação da planta cartográfica;Tipo de Software utilizado;Tipo de GPS.

Elaboração do Memorial Descritivo

Sistema de Projeção e sistema de Coordenadas;Meridiano Central que gerou a origem das Coordenadas nas plantas cartográficas;Orientação da planta cartográfica;Tipo de Software utilizado;Tipo de GPS.

Softwares utilizados no Processo cartográfico

Software Microstation Versão 8 (Versão TRIAL);Software TopoEVN CAD Fácil 5.4(Versão TRIAL);Software Auto CAD 2008 (Licenciado para SUDEMA)