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Curso Básico GPS de Navegação

UO-AM/EXP/GDS

Conceitos Básicos Conceitos Básicos de de

Geodésia e CartografiaGeodésia e Cartografia

Alexandre RochaTécnico de Exploração de PetróleoUO-AM / EXP / GDSchave: bsctemail: rocha.alexandre@petrobras.com.brtelefone: (92) 3616-6844 / rota 845

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Estrutura do curso

Conceitos de Geodésia e Cartografia

Teoria do Sistema Navstar GPS

Configuração de Receptores

Prática de Campo

Uso dos Aplicativos Trackmaker e Google Earth

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GeodésiaGeodésia

“...é a ciência que tem como objetivo determinar a forma, dimensões e o campo de gravidade da Terra.”

“...é a ciência do levantamento e do mapeamento terrestre.”

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Superfície física – Observações

Geóide – Altimetria

Elipsóide – Planimetria

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Datum ou Sistema GeodésicoDatum ou Sistema Geodésico Definição um elipsóide de revolução como modelo da Terra.

Posição do centro do elipsóide relativamente ao centro de massa da Terra.

Rede de Referência

Topocêntricos x Geocêntricos

Atenção:SAD-69 e SIRGAS (oficial do Brasil)WGS-84 => Sistema GPS

Materialização do Sistema de Referência

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Linha do Equador

Meridiano de Greenwich

Linhas Geodésicas de referência

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Coordenadas geodésicasCoordenadas geodésicasLatitude (paralelos)

Ângulo normal ao elipsoide Referência: Linha do EquadorHemisfério Norte: positiva( 0°/+90°) Hemisfério Sul:negativa(0°/-90°)

Longitude (meridianos)

Ângulo normal ao elipsoide Referência: Meridiano de Greenwich (GR)Leste GR: positiva( 0°/+180°) Oeste de GR:negativa(0°/-180°)

Altura ElipsoidalDistância de um ponto da superfície topográfica até o elipsoide medida a sua normal.

Atenção:O sistema GPS fornece a altura elipsoidal

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Coordenadas geodésicasCoordenadas geodésicas

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Parâmetros de Transformação entre Sistemas Geodésicos

X

Y

Z

X

Y

Z

P

DXDYDZ

Fonte: Rafael GenroFonte: Rafael Genro

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Parâmetros de Transformação SADBSOL -> SIRGAS2000

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Altura Elipsoidal referenciada ao Elipsoide >>> Altera com a mudança de DaumAltura Ortométrica referenciada ao Geóide (NMM)Conhecer a ondulação Geoidal (N)

AltimetriaAltimetria

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CartografiaCartografia

“...é a ciência que tem como objetivo representar a superfície da Terra em uma superfície plana."

“...a representação de uma superfície esférica sobre o plano só é possívelpor meio de projeções cartográficas...”

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Projeção CartográficaProjeção Cartográfica

Não existe solução única e perfeita para o problema da cartografia

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Diversas ProjeçõesDiversas Projeções

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Projeção UTMProjeção UTMUniversal Transversa de Mercato

Características:Características:

Desenvolvido durante a Segunda GuerraCilindricaSecante AnalíticaConforme

Recomendado pela UGGI ((União Geodésica e Geofísica Internacional) em 1951.Utilizado na produção cartográfica nacional (IBGE)

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Fuso UTMFuso UTMA superfície de referência é dividida em 60 fusos com 6° de amplitude

Cada fuso tem um Meridiano Central ( MC)Origem na intersecção do Equador com o MCLimite de +/- 80° de latitudeCoordenadas plano-retangulares designadas por N(norte) e E(leste)Coordenadas UTM na origem N=10.000.000,00 (no Equador) E= 500.000,00 (no MC)

Informar sempre o fuso(MC) quando se trabalhar com coordenadas UTM.

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Fuso UTM

P

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Fator de escala (K)Para a redução da superfície de referência ao plano UTM, utiliza-se um fator de escala ou coeficiente de redução representado pela letra K

Elementos da Projeção TM

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Elementos da Projeção TM

Convergência Meridiana É o angulo formado entre o norte de quadrícula (NQ) e o norte verdadeiro ou geográfico (NG).

Seu valor é variável ao longo do fuso. É nula sobre o M.C. e o Equador,

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Fuso UTMFuso UTM

O Brasil possui 8 fusos UTM.

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- MC 69 - MC 63 - MC 57

72º 66º 66º 60º 60º 54º

Linha do Equador

Juruá Urucu Manaus

N = 0

+

-

E = 500.000

+-A B C

N = 10.000.000

Hem

isfé

rio N

orte

Hem

isfé

rio S

ul

Fusos UTM na AmazôniaFusos UTM na Amazônia

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CoordenadasCoordenadasGeodésicas x UTMGeodésicas x UTM

CoordenadasGeodésicas

CoordenadasUTM (MC=-63°)

N = 9461433,081 mE = 245100,095 mZona 20

= -04° 52' 08,00474" = -65° 17' 55,95803"h = 85,809 m

= -04° 52' 06,68076" = -65° 17' 54,02481"h = 91,125 m

SIRGAS2000 SAD69 IBGE

N = 9461394,048 m E = 245041,564 mZona 20

Mudança de Datum

Diferença de 70,35m no plano UTM

Proj

eção

das

coo

rden

adas

no

plan

o

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Parâmetros de Transformação SADBSOL -> SIRGAS2000Nas coord. UTM

SADBSOL

SIRGAS2000

66,22 m

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Mostrar no Google Earth Mostrar no Google Earth Entrada de coord. UTM e geodésicaEntrada de coord. UTM e geodésica

Urucu e SedeUrucu e Sede

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Sistema NAVSTAR-GPS

NAVigation System with Time And Ranging Global Positioning System

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Posicionamento por satélite Histórico

• 1957 – Lançamento do satélite “Sputinik” pela antiga URSS.

• 1960 – Desenvolvimento do Sistema TRANSIT pelos EUA

• 1973- Início do desenvolvimento do sistema GPS

• 1978 – Lançado o primeiro satélite GPS

• 1995 – O sistema GPS é declarado totalmente operacional

• 2009 – Modernização do sistema

Atualidade

(GNSS –Global Navigation Satellite System)

• Sistemas NAVSTAR-GPS (EUA) e GLONASS(Rússia) em operação

• Sistemas GALILEO (União Européia) e COMPASS//BEIDOU (China) em desenvolvimento

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Características do Sistema GPS

Sistema de rádio navegação baseado em observação de satélites artificiais.

Desenvolvido e mantido pelo Departamento de Defesa(DoD) dos EUA

Cobertura global

Operável 24 horas do dia

Operável sob quaisquer condição atmosférica

Sistema de referência de concepção geocêntrica –WGS84

Precisões variáveis com as técnicas de observação e tipo de receptor

- GPS navegação: aproximadamente 15 metros

- GPS Geodésico: precisão centimétrica

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Composição do Sistema GPS

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Constituído por estações terrestres distribuídas ao longo do globo

Recebem todos os sinais dos satélites

Atualiza as posições orbitais dos satélites

Coleta dados meteorológicas

Correção dos relógios dos satélite

Segmento de Controle

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24 satélites +03 de reserva

Altura de 20.200km da superfície terrestre

6 planos orbitais

Órbitas com 55° de inclinação em relação ao Equador

Período de 12 horas siderais

Satélites NAVSTAR ou Space Vehicles (SVs)

Segmento Espacial

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Constituído pelos receptores GPS e comunidade de usuários civis ou militares.

Os receptores convertem os sinais dos satélites (SVs) em estimativas de

posições, velocidade e tempo.

Segmento do Usuário

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Sinais GPSOs sinais GPS são derivados da frequência fundamental 10,23 MHz,

divididos em:

Onda Portadora

L1 - 1575,42 MHz λ=19,05cmL2 - 1227,60 MHz λ=24,45cm

Códigos

C/A (Coarse Acquisition) 1,023MHz λ=300m Modulado na portadora L1

P (Precise) 10,23MHz λ= 30m Modulado nas portadoras L1e L2 portadora L1

Modernização do Sistema

Adição de novos sinais para uso civil : L2C e L5

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Posicionamento GPS Baseado em dois tipo de medição satélite/ receptor:

Código: Pseudodistâncias (d=v.t)

Portadora: medida de fase da onda (mais preciso)

Posicionamento absoluto

Utilizamos apenas um receptor independente >>> Navegação

Posicionamento Relativo

Utilizamos 2 receptores para correções diferencias.

Aplicações topográficas/Geodésicas

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Cada satélite transmite continuamente um sinal que é recebido pelo receptor. Este por sua vez, mede o tempo que os sinais demoram para chegar até ele. Multiplicando este tempo pela velocidade do sinal (velocidade da luz), obtém-se a distância entre o satélite e o receptor.

d = v x t

Matemática do GPS

A distância de vários satélites determina a posição através de uma equação matemática

4 Incógnitas:-Latitude

-Longitude-Altitude-Tempo

Necessários 4 Equações

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O receptor está em algum lugar sobre a esfera

O receptor está na esfera de centro no satélite e raio d.

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O receptor está em algum lugar sobre a circunferência

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O receptor está sobre um dos 2 pontos

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O receptor está aqui…

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Constelação do Sistema GPS

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Fonte de Erros

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Geometria x Precisão

A geometria dos satélites têm grande influência sobre a precisão do posicionamento.

O índice DOP(Diluition of Precision) indica a qualidade desta geometria.

Em receptores de navegação a precisão pode ser avaliada pelo EPE(Erro de Posição Estimado)

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Precisão de um GPS de Navegação

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Configurar o Equipamento (Unidade, Fuso Horário, Datum,Formato de coordenadas..etc)

Leitura da sua posição

Gravando uma coordenada (waypoints)

Gravando um trajeto (tracklogs)

Navegando até um ponto (Go to)

Funções de cálculo no receptor

Recursos de mapa, bússola e altímetro

Uso do Trackmaker

Prática GPS

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Obrigado e Parabéns a todos pela participação!

MISSÃO: “Explorar e produzir gás natural e óleo na Amazônia de forma competitiva e rentável, contribuindo para o desenvolvimento

sustentável da Região.”