Sistema de Posicionamento por...
Transcript of Sistema de Posicionamento por...
Sistema de Posicionamento
por Satélites
Elaboração e Organização:
Profa. Dra. Andréia Medinilha Pancher
Edição: Maria Isabel C. de Freitas
Cartografia
SISTEMAS DE POSICIONAMENTO POR SATÉLITE
São sistemas de radio-navegaçãodesenvolvidos para o posicionamentode pontos, que tomam por basesatélites artificiais em orbita ao redorda Terra. Denominados Sistemas deSatélites de Navegação Global (GNSS)
GPS – primeiro sistema de rádio-navegação baseado em satélites,desenvolvido e operado pelo DoD.
Possibilita que usuários, em terra, mar ear determinem suas posiçõestridimensionais (latitude, longitude ealtitude), velocidade, hora
24 horas por dia independente decondições atmosféricas, em qualquerlugar do mundo.
Hístórico
O GPS surgiu como
produto da corrida
armamentista entre os
EUA e a ex-URSS,
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
GPS.
O GPS deriva do
sistema denominado
NAVigation Satellite
with Time And
Ranging (NAVSTAR) ,
cujo primeiro satélite
foi lançado em 1978
Modelo básico do sistema Entradas – sinal do satélite com as
informações básicas para o cálculo de
posição
Processamento (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
Saídas – posição exata de uma entidade na
superfície terrestre
Componentes do GPS
Fonte: ROCHA, p. 28, 2002
GPS
Microprocessador – tecnologia que impulsionou o desenvolvimento do GPS
Sistemas de Informação – sistemas computacionais que processam informação = informação necessária para a tomada de decisão
Determinação da posição
– Sistema de Informação Geográfica (SIG): baseado em computador para coletar, manusear e analisar dados georeferenciados.
– Informação georeferenciada: relacionada a certo ponto da superfície terrestre identificado por coordenadas geográficas
Tomada de decisão programada
GPS de navegação Diálogo – formado por várias telas de informações
disponíveis pelo software do receptor;
Dados – produzido pelo receptor com o contínuo cálculo da posição geográfica corrente;
Modelo – análise das atividades envolvidas na ciência ou na arte da navegação.
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
Quais as possibilidades do GPS?
– Através de módulos pequenos o GPS permite: ajuste e calibração; inserção de pontos; cálculo de distâncias e azimutes, definir rotas, ativar rotas, 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, orbitando numa 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 Positioning Service)
Almanaque: 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.
http://www.seronline.pt/biblioteca/recursosweb/FQA_SistemasdeNavegacao_v2/gps.html
Após o cálculo da posição em qualquer lugar da Terra, o receptor GPS 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
– S/A (Selective Availability) – DoD: 100 metros. Ruído eliminado em maio de 2000, o que melhorou a precisão do equipamento
– GPS DE NAVEGAÇÃO: precisão planimétrica de 5 a 10 metros;
DOP (Diluição da Precisão – dilution of precision)
– 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 Geodetic System
(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 revolução é
denominada de ondulação geoidal. 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?
Lat.Long. 80o W 70o W 60o W 50o W 40o W 30o W
10o N 1 -11 -41 -42 -16 3
0o 14 10 -15 -27 -18 3
10o S 1 32 4 -18 -13 -9
20o S 9 35 20 -5 -6 -5
30o S 9 32 16 4 -8 4
40o S 8 23 15 -2 -6 6
– 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)
– GPS DIFERENCIAL: precisão planimétrica de 10 cm a 3 metros
– GPS PRECISÃO ALTIMÉTRICA: usualmente 3 vezes a precisão planimétrica
DGPS (Diferential GPS)
http://clientes.netvisao.pt/manumelo/Metodos_Posicionamento.htm
http://www.estateservices.com.au/
GPS Garmin
Página de apresentação com a constelação de satélites
e o posicionamento do ponto
Conceitos de Cartografia
Escala
– GPS NAVEGAÇÃO: precisão de 5 a 10 metros, utilizado para escalas de
1:50.000 e menores.
– GPS DIFERENCIAL: precisão de 10 cm a 3 metros, utilizado para escalas de
1:10.000 e maiores.
A forma da Terra
– GPS calcula a posição num sistema cartesiano global (x, y, z) geocêntrico e a
apresenta na tela, no formato escolhido no “Navigation Setup”. Também, as
coordenadas estão de acordo com o elipsóide de revolução padrão (WGS-84).
– Navigation Setup – 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 Datum Horizontal.Datum - superfície de referência que abrange 5 parâmetros: 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 levantamentos de controle horizontal, através do qual é
considerada a curvatura da Terra. Nível de referência ao qual as altitudes são
referidas geralmente, porém não a rigor o nível médio do mar.
Datum de controle horizontal – ponto de referência geodésico que
representa a base dos levantamentos horizontais, dos quais são conhecidos
os mesmos parâmetros 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
– Datum sul-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:
• Astronômica
Latitude: 19o 45’ 41”, 34 S + ou – 0”, 05
Longitude: 48o 06’ 07”, 80 W + ou – 0”, 08
Azimute de Uberaba: (medido no sul)
271o 30’ 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
Geodésica
Latitude: 19o 45’ 41”, 6527 S
Longitude: 48o 06’ 04”, 0639 W
Azimute de Uberaba: 271o 30’ 04”, 05
Conceitos de Cartografia Coordenadas Geográficas
– Elementos (latitude e longitude) para definir a posição de um ponto (waypoint)
Nortes de Referência (Proa)
– Norte Magnético: direção indicada pela agulha magnética da bússola. É o referencial 0o ou 360o.
– Norte Verdadeiro: em qualquer ponto da Terra, é a direção ao ponto Norte geográfico.
– Declinação magnética: ângulo formado entre o Norte Verdadeiro e o Norte Magnético. Os receptores GPS, no geral, calculam automaticamente a Declinação magnética.
Rumos e Azimutes
– Azimute: ângulo medido no sentido horário, entre a linha Norte-Sul e esta direção, com variação entre 0o e 360o.
– Rumo: exprime direções por meio das bússolas graduadas em quadrantes, de 0o ou 90o. O rumo é o menor ângulo horizontal que uma direção forma coma direção Norte-Sul, nunca ultrapassa de 90o.
GPS Garmin
Aplicativos do GPS: Bússola, traçado de rota e sub-menus
Exemplo de Relatório de Campo
DGPSUsed GPS Observations
Nome dN (m) dE (m) dAlt (m) Precisão
Horizontal (m)
Precisão Vertical
(m)
base1-p1 915.132 -3014.345 -12.106 0.009 0.009
base1-p17 -12707.219 6057.599 -18.124 0.006 0.009
base1-p18 -12793.801 1711.948 -24.158 0.007 0.016
base1-p19 -12913.947 1718.352 -29.836 0.005 0.014
base1-p2 1296.145 -1019.672 1.089 0.002 0.003
base1-p20 -14214.932 1591.293 -30.054 0.005 0.009
base1-p21 -14661.753 -1296.953 -28.993 0.005 0.018
base1-p22 -15030.237 -4571.663 -28.460 0.009 0.018
base1-p23 -9560.158 25172.529 -24.511 0.011 0.022
base1-p3 1342.706 700.508 -19.415 0.004 0.007
base1-p4 -7.539 2813.177 -18.669 0.003 0.005
base1-p5 -1607.912 2040.439 8.645 0.011 0.024
base1-p6 -752.516 -970.943 -22.432 0.004 0.006
base1-p7 -411.694 -4452.524 -19.528 0.014 0.023
base1-p8 1143.912 -4574.632 -22.146 0.013 0.023
base1-p9 -676.978 -3377.442 -22.023 0.021 0.031
base1-pg19 -145.026 794.016 -7.758 0.019 0.054
base1-rn02 915.886 -3145.137 -18.369 0.027 0.027
p10-p11 -7222.177 5558.864 -27.166 0.005 0.007
p10-p12 -7030.783 4667.096 -22.604 0.019 0.023
p10-p13 -7063.617 4529.878 -11.307 0.018 0.028
p10-p14 -7196.866 2808.444 -5.156 0.019 0.043
p10-p16 -3900.337 4654.467 -26.297 0.006 0.009
BIBLIOGRAFIA
ROCHA, J. A. M. R. GPS: uma abordagem prática. 3a edição. Recife: Ed.
Bagaço. 2002, 184p.
TAREFA – Levantamento dos Sistemas
de Posicionamento por Satélite
Dividam-se em 4 grupos
(GRUPOS I, II, III E IV)
Realizem um levantamento bibliográfico
na biblioteca e na internet sobre os
sistemas de posicionamento por satélite
Temas por grupo: I – GLONASS; II –
GALILEO; III – COMPASS; IV - GPS
Apresentação de seminário de 10 minutos
por grupo + relatório + PPT para daqui 2
semanas.