GPS Conceitos Básicos Universidade Federal de Viçosa Departamento de Engenharia Agrícola Grupo de...

GPSConceitos Básicos

Universidade Federal de ViçosaDepartamento de Engenharia Agrícola

Grupo de Agricultura de Precisão

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

O que é GPS

• Sistema de Posicionamento Global.• Controlador:Departamento de defesa EUA.• Originalmente militar, disponibilizado para

uso civil na década de 90.• Baseado em Satélites.• Latitude/Longitude/Altitude/Hora• GLONASS - sistema russo, equivalente ao

GPS (menor número de satélites, mais voltado para a parte oriental do globo).


Funcionamento do Sistema

• 24 satélites, órbitas em torno de 20.000 km.• Pelo menos 4 satélites disponíveis 24 h por dia

em qualquer ponto da superfície terrestre.


Funcionamento do Sistema

• Satélites com órbitas conhecidas.• Posição calculada pelo tempo entre a

saída do sinal do satélite e a chegada no receptor.

• Distância = velocidade x tempo.• Velocidade aproximadamente igual à

velocidade da luz (3x108 m/s).


Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição

20.000 km

4 incógnitas: Latitude Longitude Altitude Hora

Estamos em algum ponto sobre a esfera

Com 1 satélite:



Interseção:circunferência

Com 2 satélites:


20.000 km

21.000 km


Um quarto satélite permite resolver o problema do relógio - é o que ocorre na prática.

Com 3 satélites: A interseção de três esferas são só dois pontos


Coordenadas Geográficas• Latitude: ângulo entre um paralelo e o

equador, varia de -90º (S) a +90º (N).• Longitude: ângulo entre o meridiano de

Greenwich e outro meridiano, varia de -180º (W) a +180º (E).


Coordenadas UTM• Divisão globo em 60 zonas, a cada 6º longitude

• Unidade: metros• Meridiano Central = 500.000 m. E• Equador = 0 m. N (hemisfério Norte)

= 10.000.000 m. N (hemisfério Sul) UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

Datum• Parâmetros e pontos de controle utilizados

para definir a forma tridimensional da terra.• WGS 84 - Datum global, utilizado pelo GPS.• SAD 69 - Datum utilizado para o Brasil.

Elipsóide

Geóide

Elipsóide:Modelo matemático que define a superfície da terra, sendo que cada região possui um melhor ajustado.


Geióde: Superfície de mesmo potencial gravitacional (equipotencial) melhor adaptada ao nível médio dos mares.

SAD-69 x WGS-84 Coordenada UTM do marco DEA


Datum Leste(X) Norte(Y) Altura(Z)

SAD-69 721564,498 7701820,194 675,316

WGS-84 721520,710 7701775,634 672,938

Diferença 43,788 44,560 2,378

O Sinal GPS


O Sinal GPS

• O satélite GPS gera duas freqüências portadoras: L1 e L2

• A freqüência L1 traz embutido o código CA, disponível para uso civil.

• A freqüência L2 traz o código P - uso militar.• Quase todos os receptores GPS utilizam

exclusivamente o código CA e a portadora L1.


Medição do Tempo

Usa o mesmo código no satélite e no receptor, gerando o mesmo código ao mesmo tempo;

Quando o código chega do satélite se conhece quanto tempo atrás o receptor gerou o mesmo código.


do satélite

do receptor

Tempo medido peladiferença entre as mesmas partes do código

NavegaçãoSIGLevantamentosTopografiaAplicações com precisão entre < 1 e 5 metros

Quem usa código C/A ?


SEGMENTOS GPSSegmento Espacial

Segmento do Usuário

Segmento de Controle

Colorado Springs

Estações deMonitoramento


24/25 satélites na constelação final

6 planos com inclinação 55°

em cada plano 4 satélitesÓrbita muito alta

20.183 kmperíodo aprox. 12 horasprecisão grande autonomiacobertura global

Segmento Espacial


Tipos GPSNavegação - erros em torno de 20m.


Tipos GPSTopográficos - erros abaixo de 1m.


Tipos GPSGeodésicos - erros abaixo de 1 cm.


Tipos receptores GPS

• Os receptores mais exatos (“geodésicos”) analisam o código P e a portadora (onda) L1 e L2.

• Todos os receptores para exatidão em torno de 20m necessitam de correção diferencial.


Correção Diferencial

• Utilização de dois receptores funcionando simultaneamente, sendo que um permanece fixo (BASE) e outro é o móvel.

• A base deve estar instalada em ponto de coordenada conhecida.

• Princípio: como estão rastreando os mesmos satélites, no mesmo instante, o erro que for obtido na base será o mesmo para o móvel, permitindo ao software corrigir essa posição.


Correção Diferencial• Correção pós-processada:• A base e o móvel gravam os dados, os dados

são transferidos para o computador após o levantamento e processados.

• Correção em tempo real:• A base envia ao móvel o sinal de correção

instantaneamente, via link de rádio.• “Correção por satélite”: os dados de correção

são enviados para o móvel utilizando-se satélites - muito utilizado em agricultura de precisão.


Diluição da Precisão

Um indicador da estabilidade na posição resultante

DOP depende da geometria da constelaçãoMenor DOP --> posição mais precisaMaior DOP --> posição menos precisa• HDOP = DOP horizontal• VDOP = DOP vertical• PDOP = DOP da posição, refere-se à

geometria instantânea dos satélites


Vantagens do GPS• Rapidez nos levantamentos;• Os pontos não precisam ser visíveis entre si;• Qualidade dos serviços e precisão;• Grande integração com SIG;• Baixo custo do levantamento;• Coordenadas e altitude reais;• Facilidade de operação;• Trabalho de dia ou à noite, em qualquer

condição de tempo.


Limitações do GPS• Dificuldade para trabalho em áreas urbanas ou

com obstruções físicas - multicaminhamento.

• Levantamento de pequenas áreas.• Levantamentos altimétricos.


Sinal direto

Sinal bloqueado

Sinal r

eflet

ido

Aplicações do GPS• Navegação aérea, marítima e terrestre;• Levantamentos topográficos e geodésicos;• Mapeamento;• SIG;• Orientação de máquinas;• Monitoramento de veículos;• Agricultura de precisão;• etc....


Agricultura de PrecisãoAgricultura de Precisão

Mais Alimentos com Menor Poluição Mais Alimentos com Menor Poluição do Meio Ambientedo Meio Ambiente

““A Agricultura que Precisamos”A Agricultura que Precisamos”

Agricultura de PrecisãoAgricultura de Precisão

Mais Alimentos com Menor Poluição Mais Alimentos com Menor Poluição do Meio Ambientedo Meio Ambiente

““A Agricultura que Precisamos”A Agricultura que Precisamos”


Grupo de Agricultura de Precisão

UFV - DEA

Varella, 2000

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