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INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE GEO-LOCALIZAÇÃO E NAVEGAÇÃO BASEADOS EM SATÉLITES
Ewaldo Luiz de Mattos MehlUniversidade Federal do Paraná
Departamento de Engenharia Elétrica
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Justificativas
• Conhecimento das distâncias entre os pontos à serem
interligados por redes elétricas e redes sem fios
• Conhecimento do perfil altimétrico na rota estabelecida
para linhas de transmissão e links de rádio
• Influência da morfologia dos terrenos na propagação de
sinais de rádio
• Localização de estruturas nas cartas geográficas
• Ampliação do campo profissional de trabalho
Redes de Comunicação - Cabeamento - Externo item CH Conteúdo
B - I - Metodologia Científica e Tecnológica; 2 45 Pesquisa e Método Científico
B - II - Comunicação e Expressão; 3 30
Fundamentos da comunicação para conversação e apresentação em público. Redação técnica e científica.
Compreensão e análise crítica de textos.
B - III - Informática; 4 60 Conceitos básicos em computação. Métodos, técnicas e processos de desenvolvimento de software.
B - IV - Expressão Gráfica; 5 30 Introdução à linguagem do desenho. Escalas. Vistas ortográficas. Cortes e seções. Perspectivas.
B - V - Matemática 6 180
Matrizes. Determinantes. Sistemas lineares. Vetores. Auto valores e auto vetores. Geometria analítica plana.
Fasores. Geometria Analítica no espaço.Limite e continuidade. Derivadas. Integrais definidas e indefinidas.
Funções.
B - VI - Física 7 180
Cinemática; 3 Leis de Newton; Lei de Conservação da Energia; Sistemas de partículas; Colisões; Movimento de
rotação; Conservação do momento angular. Gravitação; Oscilações; Ondas Mecânicas; Temperatura; Primeira e
Segunda Lei da Termodinâmica; Teoria cinética dos gases. Óptica geométrica. Carga elétrica. Campo elétrico. Lei
de Gauss. Potencial elétrico. Capacitância. Corrente e resistência. Força eletromotriz e circuitos elétricos. Campo
magnético. Lei de Ampère. Lei da indução de Faraday. Ondas eletromagnéticas; Interferência; Difração;
Polarização.
B - VIII - Mecânica dos Sólidos; 9 45
Equilíbrio de Partículas. Sistema de Forças Equivalentes. Tração e compressão. Cisalhamento. Esforços Internos.
Flexão.
B - IX - Eletricidade Aplicada; 10 120
Desenho de diagramas elétricos multifilares e unifilares. Instalações elétricas domiciliares. Instalações de motores.
Segurança em trabalhos com eletricidade.
B - XI - Ciência e Tecnologia dos Materiais; 12 60
Composição, estado, estrutura, classificação, propriedades, transformações e aplicações de substâncias
condutoras, isolantes, magnéticas, semicondutoras e ópticas.
B - XIV - Ciências do Ambiente; 15 30
A Engenharia e as Ciências Ambientais, Noções de Ecologia e Ecossistemas, Impactos Ambientais e
Desenvolvimento Sustentável.
P - IV - Circuitos Elétricos; 20 180
Análise de Circuitos no domínio do tempo, Análise de Circuitos no domínio da frequência, instrumentos e medidas
elétricas.
P - X - Eletromagnetismo; 26 60 Eletrostática, eletrodinâmica, ondas eletromagnéticas, radiação eletromagnética.
P - XI - Eletrônica Analógica e Digital; 27 120
Aplicações e fundamentos de componentes eletrônicos em geral e semicondutores (Diodos, Transistores,
Tiristores, Interruptores controlados de potência, Retificadores e Conversores).
Sistemas de Numeração e Códigos. Portas Lógicas e Álgebra Booleana. Circuitos Digitais Combinacionais e
Seqüenciais. Famílias lógicas e Circuitos Integrados. Dispositivos de Memórias.
P - XIII - Ergonomia e Segurança do Trabalho; 29 15
Fundamentos de Segurança do Trabalho; Normas Regulamentadoras do MT; Segurança em Instalações e
Serviços em Eletricidade.
P - L - Telecomunicações; 66 120
Conceitos básicos de análise de sinais; Métodos de modulação analógicos e digitais; Interferências e ruídos em
telecomunicações; comunicação digital; multiplexação analógica e digital. 60h
Padrões, projetos, instalações e configurações de redes e equipamentos, interna ou externa, para tráfego de
informações, analógicas e digitais. Componentes básicos de um sistema de comunicações ópticas. Propagação e
degradação dos sinais em fibras ópticas. Transmissores e receptores ópticos. 60h
P - LII - Topografia e Geodésia; 68 15 Cálculo e medição da posição de sistemas de comunicação e energia na superfície terrestre.
Agenda
• Noções de Cartografia
• Introdução ao NAVSTAR-GPS
• Outros Sistema de Geo-Localização baseado em
satélites: Glonass – Galileo - Beibou
• Apresentação de ferramentas de software para
geo-localização
• Prática com equipamento GPS portátil
• China: 400 ACUso: previsão do futuro (!)
• No mar: 800 DC
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Eratóstenes (do grego Εραηοζθένης) (276 aC - 194 aC)
• Diretor da Biblioteca de Alexandria• Mediu a circunferência da terra em aprox. 255 aC• = 7,12º aprox. 1/50 do círculo• distância de Syene (Assuã) até Alexandria: 825 km
Valor obtido: 41.250 kmValor correto: 40.074 km
Posidônio (do grego Ποζειδώνιος) (135aC – 51 aC)
• Mediu a circunferência da terra comparando a altura da estrela Canopus
em Alexandria (Egito) e em Rodes (Grécia)• Resultado obtido: 29.000 km muito menor do que o real!• Este resultado foi adotado por Ptolomeu (90 dC – 168 dC) na sua obraGeografia, que provavelmente foi adotada por Colombo para sua viagem “àÍndia”!• Diâmetro da “terra”: 4600 km• Resultou em erros grosseiros nosprimeiros mapas!
Manuscrito do século XV
baseado na Geografia de Ptolomeu
6.500km4.600km
• Permite obter a latitude (distância do equador terrestre) a partir da altura do sol ao meio-dia
DELT-UFPR: S 25o 27,076’ W 49o 14,018’
• O desconhecimento da Declinação Magnética era uma causa importante do erro verificado nos mapas antigos.
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• Sistema de Coordenadas Angulares
(Latitude – Longitude)
• Sistema de Coordenadas UTM
• Forma Real da Terra:
Elipsóide e Geóide
• Datum
1544
Gerard Kremer(1512 – 1594)[Gerardus Mercator]
Gerardus Mercator(1512 – 1594)
1541
• Revisou o valor da circunferência da Terra e chegou novamente ao valor de Eratóstenes • Produziu mapas e globos detalhados
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1633
1678
Paralelos = LatitudeOrigem: Equador
Meridianos = LongitudeOrigem: Greenwich
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DELT-UFPR: S 25o 27,076’ W 49o 14,018’
1˚ = 60 MN (milhas náuticas) = 111 km1’ = 1 MN = 1,85 km
1 km
1 MN= 1’
Projeção de Mercator
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Projeção deRobinson
• Linha Ortodrômica (= Linha Longa Geodésica
ou Great Circle):segmento circular na superfície terrestre – define a
menor distância entre dois pontos
• Linha Loxodrômica (Rhumb Line):linha que intercepta vários meridianos segundo um
ângulo constante
Projeção Cônica Projeção de Mercator
Projeção de Mercator
Ortodrômica (Great Circle)
Loxodrômica (Rhumb Line)
Rota aérea Nova York - Tókio
P1: Latitude = 1
Longitude = 1
P2: Latitude = 2
Longitude = 2
)cos()cos()cos()()()cos( 212121 sensenS
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)cos()cos()cos()()()cos( 212121 sensenS
Exemplo:
Local Latitude Longitude
Rio de Janeiro S22o54’10” W43o12’27”
São Paulo S23o32’51” W46o38’10”
Cidade Latitude Longitude
Rio de Janeiro -22,9028 +43,0729
São Paulo -23,5475 +46,2283
)cos()cos()cos()()()cos( 212121 sensenS
Exemplo:
S=0,0561 radianoRterra = 6380 km
A distância pela linha ortodrômica entre Rio e São Paulo é igual a 358 km.
Os aparelhos GPS calculam as distâncias pela linha ortodrômica!
Obs.: no cálculo acima foi desprezado o fator de achatamento do globo terrestre!
• Adotadas desde 1947 pelos EUA e pela OTAN
• Definidas entre 84 N e 80 S
• São úteis para distâncias pequenas: permite o cálculo de
distâncias pelo Teorema de Pitágoras
• 60 fusos de 6o numerados de oeste para leste, a partir do
anti-meridiano de Greenwich (meridiano da mudança de
data)
• 20 setores de 8o designados C até X, de Sul para Norte, a
partir de 80°S
Obs.: As zonas 31V e 32V são diferentes das demais à
pedido da Noruega
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A simbologia adotada para as coordenadas UTM é a seguinte:
N = coordenada ao longo do eixo N-S,E = coordenada ao longo do eixo L-O.
As coordenadas são dimensionadas em metros, sendo normalmente definidas até mm, para coordenadas de precisão.
As coordenadas E variam de aproximadamente 150.000 m a 850.000 m, passando pelo valor de 500.000 m, no meridiano central.
As coordenadas N, acima do Equador são caracterizadas por serem maiores do que zero e crescem na direção norte.
Abaixo do Equador, que tem um valor de 10.000.000 m, são decrescentes na direção sul.
Um ponto qualquer P, será definido pelo par de coordenadas UTM E e N de forma P (E;N).
O sistema UTM é utilizado entre as latitudes de 84 e - 80 . As regiões polares são complementadas pelo UPS (Universal Polar Estereographic).Sistema UTM
MeridianoCentral
Equador
6 o
10 0000km
500 km
N> 0
E>500 km
N >10000 kmkm
E > 500 km
N>10000 km
E < 500 km
N> 0
N<500km
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Zonas UTM no Sul do Brasil
22J
22K 23K
23J
Exemplo:Ancoradouro de Bombinhas (SC)
Em coordenadas de Mercator:
S 27° 08’ 47,7”W 48° 28’ 55,6”
Em coordenadasUTM:
22J6994817 N0749537 E
Museu da WEG – Jaraguá do Sul22J690509 N7069918 E
Exemplo:DELT-UFPR22J677605 N7183907 E
2
21
2
21 EENND
km 114 m717.114
7183907706991867760569050922
D
D
Distância Ortodrômica
Altitude Geoidal
Altitude Geoidal
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AltitudeElipsoidal
(GPS)
AltitudeGeoidal
(Barômetro)
Mapa Geoidal do Brasil
Superfície de um elipsóide, definido por um conjunto de pontos e seus respectivos valores de coordenadas, que definem as condições iniciais para o estabelecimento de um sistema geodésico.
Referência do DatumPlanimétrico ou HorizontalPonto de referência usado para o sistema de coordenadas planimétricas (longitude – latitude).
Referência do Datum verticalPonto de referência, geralmente localizado junto ao mar, que é usado para o sistema de altitudes e profundidades.
Referência Horizontal: South American Datum de 1969SAD-69 – vértice Chuá
Referência Vertical: Maregrafo de Imbituba – Santa Catarina
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South American Datum de 1969 SAD-69 – vértice Chuá
• Dependem da finalidade:
Cartas Náuticas: detalham a costa e as
profundidades marítimas – poucos detalhes
de terra firme
Mapas Topográficos: detalhes de
elevações, estradas etc.
• Escalas: dependem do detalhamento desejado
As profundidades representadas nas cartasnáuticas são sempre “reduzidas”. Istosignifica que as profundidades têm origem noplano de referência conhecido como nível deredução (NR) e não na superfície da água.Desta forma, as variações do nível das águaspor influência das marés ou em decorrênciados períodos de cheias e vazantes dos riossão subtraídas.
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Cartas em papel Cartas digitais
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Representação cartográfica da superfície terrestre, com suas elevações e depressões.• Curvas de nível: indicam altitudes constantes• Referência de altitudes: Nível Médio do Mar
• A representação cartográfica da superfície terrestre, comsuas elevações e depressões, é uma tarefa complexa e comimprecisões.
• As cartas topográficas só tem validade se houver umconhecimento adequado da maneira como foram elaboradas.
Alfabeto fonético da OTAN
1956: adotado pelos países membros da Organização doTratado do Atlântico Norte (OTAN) - North AtlanticTreaty Organization (NATO).
Posteriormente foi adotado pelos seguintes órgãos:• International Civil Aviation Organization (ICAO)• International Telecommunication Union (ITU)• International Maritime Organization (IMO)• Federal Aviation Administration (FAA)• American National Standards Institute (ANSI).
Adendo
Letra Código Pronúncia aproximada
AAlfa (ICAO, ITU, IMO, FAA)
Alpha (ANSI)AL FAH
B Bravo BRAH VOE
C CharlieCHAR LEE or
SHAR LEE
D Delta DELL TAH
E Echo ECK OH
F Foxtrot FOKS TROT
G Golf GOLF
H HotelHO TELL (ICAO)
HOH TELL (ITU, IMO, FAA)
I India IN DEE AH
JJuliett (ICAO, ITU, IMO,
FAA)
Juliet (ANSI)
JEW LEE ETT
K Kilo KEY LOH
L Lima LEE MAH
M Mike MIKE
N November NO VEM BER
O Oscar OSS CAH
P Papa PAH PAH
Q Quebec KEH BECK
Letra Código Pronúncia aproximada
R Romeo ROW ME OH
S SierraSEE AIR RAH (ICAO, ITU, IMO)
SEE AIR AH (FAA)
T Tango TANG GO
U UniformYOU NEE FORM or
OO NEE FORM
V Victor VIK TAH
W Whiskey WISS KEY
XX-ray or
Xray
ECKS RAY (ICAO, ITU)
ECKS RAY (IMO, FAA)
Y Yankee YANG KEY
Z Zulu ZOO LOO
Alfabeto fonético da OTANAdendo
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Letra Código Pronúncia aproximada
0Zero (FAA)
Nadazero (ITU, IMO)
ZE RO (ICAO, FAA)
NAH-DAH-ZAY-ROH (ITU, IMO)
1One (FAA)
Unaone (ITU, IMO)
WUN (ICAO, FAA)
OO-NAH-WUN (ITU, IMO)
2Two (FAA)
Bissotwo (ITU, IMO)
TOO (ICAO, FAA)
BEES-SOH-TOO (ITU, IMO)
3Three (FAA)
Terrathree (ITU, IMO)
TREE (ICAO, FAA)
TAY-RAH-TREE (ITU, IMO)
4Four (FAA)
Kartefour (ITU, IMO)
FOW ER (ICAO, FAA)
KAR-TAY-FOWER (ITU, IMO)
5Five (FAA)
Pantafive (ITU, IMO)
FIFE (ICAO, FAA)
PAN-TAH-FIVE (ITU, IMO)
6Six (FAA)
Soxisix (ITU, IMO)
SIX (ICAO, FAA)
SOK-SEE-SIX (ITU, IMO)
7Seven (FAA)
Setteseven (ITU, IMO)
SEV EN (ICAO, FAA)
SAY-TAY-SEVEN (ITU, IMO)
8Eight (FAA)
Oktoeight (ITU, IMO)
AIT (ICAO, FAA)
OK-TOH-AIT (ITU, IMO)
9
Nine (FAA)
Novenine (ITU, IMO)
No 'r' in spellings
NIN ER (ICAO, FAA)
NO-VAY-NINER (ITU, IMO)
Alfabeto fonético da OTANAdendo
Alfabeto fonético da OTAN
Variantes• No controle de tráfego aéreo, DELTA é substituído por
DIXIE, para não confundir com a empresa Delta Airlines.
• FOXTROT é muitas vezes substituído por FOX.
• No Brasil, é comum usar XINGU em vez de X-RAY.
• Radioamadores usam frequentemente KILOWATT em
vez de KILO, e também RADIO em vez de ROMEO.
• No Japão usa-se BAKER no lugar de BRAVO.
Adendo