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Mobile Computing -GPS (Global Positioning System)

em rastreamento de veículos

Prof. Edson Ceroni

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01 GPS

02 Rastreamento de veículos

03 Modelos / fornecedores de serviços

04 Pontos fracos / fortes e dificuldades

Índice

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HISTÓRIA

RÁDIO-NAVEGAÇÃO

1912 até II Grande Guerra - equipamento para rádio-navegação - uso de sinais de rádio para determinar a posição (sem muita precisão)

II Grande Guerra - desenvolvimento do RADAR – Radio Detection And Ranging -

capacidade de medir lapsos de tempo entre emissão/recepção de ondas de

rádio.

Décadas de 60 e 70 - utilização de satélites artificiais introduziu novos sistemas de navegação (TRANSIT, TIMATION, SYSTEM 621B, NTS) - resolveram alguns desses problemas

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FUNCIONAMENTO

RADAR

Determinação da posição - mede-se o lapso de tempo dos sinais provenientes de locais conhecidos.

Sinais de rádio são emitidos de transmissores exatamente ao mesmo tempo e com mesma velocidade de propagação.

O receptor localizado entre os transmissores detecta qual sinal chega primeiro e o tempo até a chegada do segundo sinal.

Se o operador conhece as exatas localizações dos transmissores, a velocidade das ondas de rádio e o lapso de tempo entre os dois sinais, ele pode calcular sua localização em uma dimensão

Se usarmos três transmissores, podemos obter uma posição bi-dimensional, em latitude e longitude.

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OBJETIVOS

Os principais objetivos do GPS são:

a. Auxíliar a rádio-navegação em três dimensões com elevada precisão nos cálculos de posição.

b. Permite navegação em tempo real;

c. Provê comunicação com alta imunidade a interferências;

d. Permitir comunicação cobertura global, 24 horas por dia;

e. Efetuar rápida obtenção das informações transmitidas pelos satélites.

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Atendimento Via Satélite

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FUNCIONAMENTO

Sistema declarado totalmente operacional em l995

Custo - 10 bilhões de dólares

24 satélites que orbitam a terra a 20.200 km duas vezes por dia e emitem

simultaneamente sinais de rádio codificados, sendo a sua pior precisão 15

metros; a melhor, 1 metro.

Utilização de relógios atômicos de altíssima precisão.

Militares americanos implantaram duas opções de precisão: para usuários

autorizados (eles mesmos) e usuários não-autorizados (civis). Os

receptores GPS de uso militar têm precisão de 1 metro e os de uso civil, de

15 a 100 metros.

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Espectro de onda

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GPS

Como outros sistemas de rádio-navegação, todos os satélites enviam seus

sinais de rádio exatamente ao mesmo tempo, permitindo ao receptor

avaliar o lapso entre emissão/recepção. A hora-padrão GPS é passada para

o receptor do usuário. É a referência de tempo mais estável e exata jamais

desenvolvida.

GPS emite sinais de rádio especialmente codificados os quais quando

processados pelo receptor GPS permitem o cálculo de sua posição,

velocidade e tempo.

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O receptor tem que reconhecer as localizações dos satélites. Uma lista de

posições, conhecida como almanaque, é transmitida de cada satélite para

os receptores. Controles em terra rastreiam os satélites e mantém seus

almanaques acurados.

O sistema é composto por três seguimentos: Segmento Espacial

(Satélites), Segmento de Controle (Departamento de Defesa, USA) e

Segmento do Usuário.

GPS

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Posicionamento

Troposfera

Ionosfera

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Segmento Espacial

 O Segmento Espacial consiste de satélites GPS chamados de SV (Space

Vehicles) -constelação padrão - 24 satélites orbitando a terra..

Altitude – permite que a órbita do satélite repita

a mesma cobertura na terra a cada 24

horas (4 minutos mais cedo a cada dia)

A constelação permite ao usuário a visibilidade

de 5 a 8 SV em qualquer ponto da terra 

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Segmento de Controle

 Formado por estações de rastreamento de satélite localizadas em pontos

específicos do globo.

Controle central - Base de Schriever da Força Aérea Americana no

Colorado.

As estações de monitoramento medem o sinal

transmitido pelos SV e calculam o ephemeris

(informação precisa sobre a órbita do satélite)

e correções do relógio (clock) para cada SV.

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Segmento de Controle

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Segmento do Usuário

O segmento do usuário é formado pelos receptores GPS (móveis em geral)

e pela comunidade de usuários GPS que utiliza o sistema para localização,

navegação, topografia, etc.

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Sinal do satélite GPS

O SV transmite em duas frequências (microwave carrier phase): L1 e L2

Carrier Phase L1: Frequência: 1579,42 MHz contém:

Mensagem de navegação (ephemeris)

Código SPS (código C/A, Coarse/Aquisition)

 

Carrier Phase L2: Frequência: 1227,60 MHz

Utilizado para calcular o retardamento devido a

ionosfera pelos equipamentos dotados de capacidade para

PPS. Não sofre efeito da ionosfera.

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DADOS DO GPS

A mensagem de navegação do GPS consiste de dados na forma binária

transmitidos a um certo sequênciamento temporal que marca o tempo de

transmissão de cada sub-frame (grupamento de dados).

 

A frame consiste de 1500

bits divididos em cinco

subframes de 300 bits cada.

Um frame de dados é

transmitido em 30 segundos

(seis segundos por

subframe).  

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ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS

RASTREAMENTO DOS SATÉLITES

Um receptor rastreia um satélite pela recepção de seu sinal.

• Quatro satélites são necessários para obtenção de uma posição fixa

tridimensional - desejável - mais de quatro satélites simultaneamente.

Devido ao deslocamento, o sinal de algum satélite pode ser bloqueado por

algum obstáculo, restando satélites suficientes para orientá-lo.

A maioria dos receptores rastreia de 8 a 12 satélites ao mesmo tempo.

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ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS

RASTREAMENTO DOS SATÉLITES

Um receptor não é melhor que outro por rastrear mais satélites. Rastrear

satélites significa conhecer suas posições. Não significa que o sinal

daquele satélite está sendo usado no cálculo da posição. Muitos receptores

calculam a posição com quatro satélites e usam os sinais do quinto para

verificar se o cálculo está correto.

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GEOMETRIA DOS SATÉLITES

‘ Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem

na mesma região do céu, sua geometria é pobre.

O receptor pode não ser capaz de se localizar, pois todas as medidas de

distância provém da mesma direção geral.

• Triangulação pobre e a área comum da intersecção das medidas é muito

grande (isto é, a área onde o receptor busca sua posição cobre um grande

espaço) - mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é boa.

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RASTREAMENTO DE VEÍCULOS

O surgimento de várias empresas que comercializam sistemas de

rastreamento de frotas utilizando satélite se deve a um simples fato: o

aumento ano após ano do número de ocorrências envolvendo roubos de

cargas.

Caminhões rastreados por satélite -> Necessidade diante de furtos

Antes o volume de cargas transportadas era pequeno, comparado aos níveis

atuais e os perigos que rondavam as estradas eram outros.

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RASTREAMENTO DE VEÍCULOS

O crescimento da indústria de roubo de cargas aumentou com o passar do

tempo e o crescimento do valor agregado transportado, o que elevou muito

o prejuízo dos transportadores e embarcadores - principal alavanca que

acelerou o crescimento da indústria de rastreamento de veículos de carga

por meio de satélite.

Uma das primeiras empresas a iniciar este tipo de serviço no País foi a

Autotrac, no início de 1994.

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EXEMPLOS

Controlsat - Grupo Schahin - possui produtos para o setor - Controlcel, um

sistema de gerenciamento de frotas e de veículos para cidades.

Combat Tecnologia em Segurança - dispõe de tecnologia de ponta,

produtos voltados para o mercado de rastreamento: HF Codan -

Rastreamento e Comunicação em Longas Distâncias e o Micro Transmissor

- sistema portátil para localização de cargas roubadas.

Ariasat Orbcomm - possui sistema que proporciona a transmissão de dados

bidirecional para o gerenciamento e segurança de frotas.

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EXEMPLOS

Permite a troca instantânea de mensagens entre os veículos e suas bases de

operação, possibilitando uma comunicação eficiente e sigilosa entre as

partes e a automação das atividades de campo.

Transmissão os dados sobre localização (informadoselo GPS), segurança e de comunicação para o satélite BrasilSAT, que os retransmite para a Central de gerenciamento da Autotrac, tornando-os disponíveis para o cliente com total sigilo. O caminho inverso da comunicação é possível pois o sistema é bidirecional.

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Canal exclusivo no satélite de comunicação BrasilSAT - através deste

canal ou transponder, as mensagens do sistema são transmitidas, o que

garante o diferencial em desempenho, velocidade e de sua extensa área de

cobertura.

A utilização deste transponder, agrega uma

série de vantagens para os usuários finais.

EXEMPLOS

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Modelos de receptores

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Pontos Fracos no modelo de negócio

Custo inicial de aquisição de HW/SW

Baixa participação de mercado

(market share)

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Principais provedores de serviços de Satélite Hughes

Telesphazio

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Alta Disponibili-

dade

Pontos fortes e vantagens competitivas

Cobertura

Global

Aumento de

demanda Tecnologia

estável Embarcado em novosveículos

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