GLOBAL POSITIONING SYSTEM

GLOBAL POSITIONING SYSTEM

(GPS)

(GPS)

Elaboração e Organização:

Profa. Dra. Andréia MedinilhaPancher

Car

togr

afia

Global PositioningSystem(GPS)

�GPS –sistema de rádio-navegação baseado em

satélites, desenvolvido e operado pelo DoD. Esse

sistema possibilita que usuários, em terra, mar e ar

determinem suas posições tridimensionais (latitude,

longitude e altitude), velocidade, hora,

24 horas por dia independente de condições

atmosféricas, em qualquer lugar do mundo.

�GPS–criado inicialmente para fins militares1 . Hoje,

uso universal

�Modelo básico do sistema

–E

ntr

ada

s –sinal do satélite com as informações

básicas para o cálculo de posição;

–P

roce

ssam

ento(interação das entidades para

atingir um processo de transformação) –cálculo

da posição efetuado pelos receptores e cálculo

processado pelo segmento de controle dos

parâmetros orbitais dos satélites; e,

–Saíd

as

–posição exata de uma entidade na

superfície terrestre

Hístórico

O G

PS surgiu como

produto da corrida

arm

amentista entre os

EUA e a ex-U

RSS, para

obter, em tempo real, a

posição exata de alguma

entidade (pessoa, veículo,

aeronave, míssel, navio,

etc.). Em 1973, o

Departamento de Defesa

dos EUA (DoD), iniciou o

projeto Sistema de

Posicionamento G

lobal.

O G

PS é também

conhecido por NAVigation

Satellite

withTim

e And

Ranging(N

AVSTAR) e o

primeiro foi lançado em

1978

Hístórico

O G

PS surgiu como

produto da corrida

arm

amentista entre os

EUA e a ex-U

RSS, para

obter, em tempo real, a

posição exata de alguma

entidade (pessoa, veículo,

aeronave, míssel, navio,

etc.). Em 1973, o

Departamento de Defesa

dos EUA (DoD), iniciou o

projeto Sistema de

Posicionamento G

lobal.

O G

PS é também

conhecido por NAVigation

Satellite

withTim

e And

Ranging(N

AVSTAR) e o

primeiro foi lançado em

1978

Componentes do GPS

Fonte: ROCHA, p. 28, 2002

GPS

�Sistemas de Inform

ação–sistemas de computador que

pro

cess

am

informação = informação necessária para a to

mada d

e dec

isão

�Determinação da posição

–Sis

tem

a d

e In

form

açã

o G

eográ

fica

(G

IS o

u S

IG):

ba

seado e

m

com

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form

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tifi

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or

coord

enada

s geo

grá

fica

s

GPS de navegação

�D

iálo

go–formado por várias telas de informações disponíveis pelo software do

receptor;

�D

ado

s–produzido pelo receptor com o contínuo cálculo da posição geográfica

corrente;

�M

odel

o–análise das atividades envolvidas na ciência ou na arte da navegação.

�Tomada de decisão programada

�O que é um receptor GPS?

–Um computador dedicado, com um dispositivo de entrada de dados (a antena

receptora das ondas de rádio enviadas pelos satélites), consistindo na base sobre a

qual é feito o cálculo da posição corrente após o ajuste do relógio do receptor pelo

do satélite

GPS

–Microprocessadores –tecnologia que impulsionou o desenvolvimento do

GPS

�Quais as possibilidades do GPS?

–Através de módulos pequenos o GPS permite o seu ajuste; Inserção de

pontos; cálculo de distâncias e azimutes, definir rotas, ativarrotas, função

MOB, etc., a fim de solucionar um problema maior que é navegar de um

ponto a outro na superfície da Terra.

�Componentes do GPS

–Segmento Espacial –satélites e seus sinais. O GPS é formado por 24

satélites, orbitandonuma altitude de 20.200km em 6 órbitas com uma

inclinação, em relação ao Equador, de 55o . Cada um realiza uma volta em

torno da Terra a cada 12 horas.

–Segmento de Controle –monitoração, geração, correção e avaliação de

todo o sistema. Há uma estação central (MASTER) nos EUA (Colorado

Springs, Colorado) e outras estações monitoras em toda a terra.

–Segmento de Usuários –todos os tipos de aplicações, métodos de

posicionamento, formas de recepção, processamento dos sinais e todos os

tipos de receptores

Como funciona o GPS?

�Dados de Código: computados a partir do código gerado pelo satélite

GPS e, em seguida, transmitidos para o usuário, por meio de um sinal

de rádio.

–GPS de navegação –C/A (Course/Acquisition) –SPS (Standard

PositioningService)

�Alm

anaque: formado por dados genéricos da localização e as

condições de todos os satélites da constelação GPS. Esse pode ser

obtido a partir de qualquer um dos satélites. Os sinais são recebidos

pelo receptor GPS por meio de circuitos eletrônicos denominados

sinais.

�O receptor captando sinais de 3 ou mais satélites, calculará a posição

atual em qualquer lugar da terra através do “software” (programa)

armazenado em sua memória. Os receptores devem “enxergar” um

mínimo de 3 satélites para o contínuo cálculo da sua posição através da

triangulação. Às vezes, mais satélites podem ser necessários para

determinar a posição.

Como o GPS calcula a posição?

�O receptor GPS mede a distância entre ele mesmo e 3 satélites no

espaço, usando essas medidas como raios de 3 esferas, cada uma delas

tendo um satélite como centro. A posição do receptor será o ponto

comum de interseção das 3 esferas. A determinação da distância e da

posição do satélite é calculada com base nos dados do almanaque (tabela

do números dos satélites com seus parâmetros orbitais) armazenado na

memória do receptor GPS.

�Após o cálculo da posição em qualquer lugar da Terra, o receptorGPS

terá sempre de cinco a doze satélites em vista. O receptor, sempre

selecionará os melhores satélites em vista para o cálculo das posições a

uma taxa de, na maioria dos receptores de navegação, 1 nova posição

por segundo.

�Posição Bidimensional (2D navigation: latitude e longitude)–3 satélites

com boa geometria.

�Posições tridimensionais (3D navigation) –4 ou mais satélites.

�O receptor GPS fornece coordenadas, altitude (em relação a um modelo

matemático da terra), velocidade, azimute e hora baseado no mínimo de

condições favoráveis; bem como distâncias, fotoperíodo, visibilidade

lunar, dentre outras.

Qual é a precisão do GPS?

�Precisão

–15 a 40 metros;

–S/A (SelectiveAvailability) –DoD: 100 metros. Eliminada em

maio de 2000

–Atualmente, precisão de 5 aos 10 metros

�DOP(Diluição da Precisão)

–Objetivo: contínua avaliação da melhor ou pior distribuição de

satélites acima do horizonte.

–Indica o melhor ou o pior momento para obter uma posição.

–Os valores de 1 a 10 são obtidos através de cálculos matemáticos,

sendo que 1 é o melhor valor e 10 o pior, isto é, baixos valores

indicam uma boa distribuição dos satélites e, altos valores de

DOP uma má distribuição.

�Altitude

–GPS fornece a altura elipsoidal referente ao Word GeodeticSystem

(WGS-84): baseia-se em geometria, onde a terra é representada

matematicamente por um elipsóide de revolução, sem considerar a

gravidade. A diferença entre o geóide e o elipsóide de revoluçãoé

denominada de o

ndula

ção g

eoid

al. A tabela abaixo permite corrigir a

altitude, ou altura elipsoidal, referente ao elipsóide WGS-84, a qual é

fornecida em metros, por qualquer receptor GPS de navegação.

Qual é a precisão do GPS?

6-6

-215

238

40oS

4-8

416

329

30oS

-5-6

-520

359

20oS

-9-13

-18

432

110oS

3-18

-27

-15

1014

0o3

-16

-42

-41

-11

110oN

30oW

40oW

50oW

60oW

70oW

80oW

Lat.Long.

�DGPS (DiferentialGPS)

–Técnica usada em tempo real ou pós-processamento

para remover a maioria dos erros no uso do GPS.

–Receptor estacionário sobre um ponto de coordenadas

conhecidas (estação base)

Qual é a precisão do GPS?

Conceitos de Cartografia

�Escala

–GPS: precisão de 10 metros, utilizado para escalas de 1:50.000 amenores.

�A form

a da Terra

–GPS calcula a posição num sistema cartesiano global (x, y, z) geocêntrico e a

apresenta na tela, no formato escolhido no “NavigationSetup”. Também, as

coordenadas estão de acordo com o elipsóide de revolução padrão (WGS-84).

–NavigationSetup–o usuário seleciona o sistema geodésico no qual as cartas

foram elaboradas. Esse sistema abrange parâmetros do elipsóide de referência

adotado pelo órgão que produziu as cartas, denominado de DatumHorizontal.

Datum

-superfície de referência que abrange 5 parâm

etros: ponto do

terreno, altura geoidal, elipsóide de referência, coordenadas astronômicas de

cada ponto de partida e azimute deste ponto. Esse forma a base para o

cálculo dos levantam

entos de controle horizontal, através do qual é

considerada a curvatura da Terra. Nível de referência ao qual asaltitudes são

referidas geralmente, porém

não a rigor o nível médio do mar.

Datu

md

e c

on

tro

le h

ori

zo

nta

l–ponto de referência geodésico que

representa a base dos levantam

entos horizontais, dos quais são conhecidos

os mesmos parâm

etros já destacados na definição de Datum

. O Datum

de

controle horizontal pode estender-se por um

continente ou limitar-se a uma

pequena área.

Datum

-superfície de referência que abrange 5 parâm

etros: ponto do

terreno, altura geoidal, elipsóide de referência, coordenadas astronômicas de

cada ponto de partida e azimute deste ponto. Esse forma a base para o

cálculo dos levantam

entos de controle horizontal, através do qual é

considerada a curvatura da Terra. Nível de referência ao qual asaltitudes são

referidas geralmente, porém

não a rigor o nível médio do mar.

Datu

md

e c

on

tro

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ori

zo

nta

l–ponto de referência geodésico que

representa a base dos levantam

entos horizontais, dos quais são conhecidos

os mesmos parâm

etros já destacados na definição de Datum

. O Datum

de

controle horizontal pode estender-se por um

continente ou limitar-se a uma

pequena área.

Conceitos de Cartografia

–Datumsul-americano de 1969 (SAD69)–adotado para uniformizar a rede de

controle básico continental, e destinado a todos os levantamentos de projetos de

engenharia e operações cartográficas. Para a sua determinação foi usado um

número suficiente de posições astronômicas bem distribuídas e bem amarradas a

uma rede de triangulação exata. A sua origem é a localidade chamada Chuá, no

Brasil, situada numa área de pequena perturbação. À seguir apresenta-se sua

definição:

•A

stro

nôm

ica

Latitude: 19o45’ 41”, 34 S + ou –0”, 05

Longitude: 48o06’ 07”, 80 W + ou –0”, 08

Azimute de Uberaba: (medido no sul)

271o30’ 05” 42 + ou –0”, 21

Afastamento Geoidal: N = 0 metros

Definição do Elipsóide do SAD69:

Semi-eixo maior: a = 6.378.160 metros

Achatamento: f = 1/298,25

�G

eodés

ica

Latitude: 19o45’ 41”, 6527 S

Longitude: 48o06’ 04”, 0639 W

Azimute de Uberaba: 271o30’ 04”, 05

Conceitos de Cartografia

�Coordenadas Geográficas

–Elementos (latitude e longitude) para definir a posição de um ponto

(waypoint)

�Nortes de Referência (Proa)

–N

ort

e M

agnét

ico: direção indicada pela agulha magnética da bússola. É

o referencial 0oou 360o .

–N

ort

e V

erdadei

ro: em qualquer ponto da Terra, é a direção ao ponto

Norte geográfico.

–D

ecli

naçã

o m

agnét

ica: ângulo formado entre o Norte Verdadeiro e o

Norte Magnético. Os receptores GPS, no geral, calculam

automaticamente a Declinação magnética.

�Rumos e Azimutes

–A

zim

ute: ângulo medido no sentido horário, entre a linha Norte-Sul e

esta direção, com variação entre 0oe 360o.

–R

um

o: exprime direções por meio das bússolas graduadas em

quadrantes, de 0oou 90o. O rumo é o menor ângulo horizontal que uma

direção forma coma direção Norte-Sul, nunca ultrapassa de 90o.

GPS Garmin

GPS Garmin

BIBLIO

GRAFIA

ROCHA, J. A. M. R. G

PS: uma abordagem

prática. 3aedição. Recife: Ed.

Bagaço. 2002, 184p.