sistema de posicionamento global
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INTRODUÇÃO AO SISTEMA INTRODUÇÃO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO DE POSICIONAMENTO
GLOBAL - GPSGLOBAL - GPS
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Por que GPS?Por que GPS?
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HISTÓRICOHISTÓRICO
Senso natural de orientação do Homem
Orientação por recursos naturais:Sol, estrelas, acidentes topográficos, ventos...
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Rosa dos Ventos de 600 AC até sec. XV
Bússola
N
E
S
W
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Desenvolvimento da Geodésia e da cartografia
– Computadores– Estações totais– Sistemas de informações geográficas (SIG)– Cad’s– Sistema de Posicionamento Global (GPS)
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Observações de satélites Observações de satélites artificiaisartificiais
Iniciada nos anos 60
Navegação e Posicionamento
O que ser quer: posição de um ponto
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Conceitos BásicosConceitos Básicos
Terra
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CartografiaCartografia Ciência e a arte de expressar
graficamente, por meio de mapas e cartas, o conhecimento humano da superfície terrestre.
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GeodésiaGeodésia
Ciência que determina, através de observações, a forma e o tamanho da terra, as coordenadas dos pontos, comprimentos e direções de linhas da superfície terrestre, e as variações da gravidade terrestre.
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A Geodésia é divida em:
– Geodésia geométrica
– Geodésia física
– Geodésia por satélite ou celeste
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Superfície física, Geóide e Superfície física, Geóide e ElipsóideElipsóide
Superfície Física
Geóide
Elipsóide
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Elipsóide de RevoluçãoElipsóide de Revolução
ba
Equador
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Coordenadas GeográficasCoordenadas Geográficas
Latitude ()– Medida pelos paralelos– 0° na linha do Equador
– Varia de +90° à -90°– Ao norte do Equador:+– Ao sul do Equador : -
Longitude ()– Medida pelos meridianos– 0° no Meridiano de
Greenwich– Varia de +180° à -180°– Oeste de Greenwich : -– Leste de Greenwich : +
Posição de ponto: Latitude e Longitude
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Equador
Meridiano de Greenwich
PN
Latitude
Longitude
Esquema da Latitude e Longitude
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Referencial AltimétricoReferencial Altimétrico
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Coordenadas CartesianasCoordenadas Cartesianas
Ao elipsóide está associado um sistema cartesiano ortogonal, formado pelos eixos X, Y e Z. Um ponto sobre a superfície terrestre tem coordenadas cartesianas geocêntricas, que podem ser expressadas em latitude, longitude e altitude e vice-versa.
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Coordenadas Cartesianas e Geodésicas
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Sistemas de ReferênciaSistemas de Referência
Datum Superfície de Referência
Datum Horizontal
Datum Vertical
Datum Horizontal um elipsóide e um ponto de referência
IBGE Sistema Geodésico Brasileiro SGB)
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Datum Oficial Brasileiro (1977) – SAD 69Elipsóide ERI 67 (Elipsóide de Referência Internacional de 1967)Vértice : Chuá – MG ( geóide = elipsóide)
SIRGAS 2000Decreto Nº 5334/2005, assinado em 06/01/2005 Elipsóide GRS 80 (Sistema de Referência Geodésico de 1980)Consistente, global e geocêntricoCentro do Elipsóide = centro de massa da Terra
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Nos próximos 10 anos serão Datuns oficiais :
SIRGAS, SAD 69 e Córrego Alegre (só para o SCN)
Datum GPS – WGS 84Elipsóide GRS 80 (Sistema de Referência Geodésico de 1980)Consistente, global e geocêntricoCentro do Elipsóide = centro de massa da Terra
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Sistema de Referência Altimétrico Imbituba – SC usado por quase todo Brasil
Porto de Santana – utilizado pelo Amapá (dificuldades de expandir a rede altimétrica nesta área do país)
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Representações CartográficasRepresentações Cartográficas Sistemas de ProjeçãoSistemas de Projeção
Terra
Modelo
(Esfera /Elipsóide)Esfera Modelo
Cilindro
Cone
Plano Tangente
Carta ou Mapa
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Temos três diferentes tipos de projeção quanto às propriedades:
Projeção equivalente conserva as áreas
Projeção eqüidistante conserva as distâncias
Projeção conforme ou ortomorfa conserva os ângulos
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SISTEMA DE PROJEÇÃO UNIVERSAL SISTEMA DE PROJEÇÃO UNIVERSAL TRANSVERSO DE MERCATOR (UTM)TRANSVERSO DE MERCATOR (UTM)
Criado para aplicação mundial pelos militares para um sistema de coordenadas planas
Em 1951 a Associação de Geodésia e Geofísica Internacional (AGGI) recomendou o sistema UTM para o mundo inteiro
No Brasil - sistema adotado pela Diretoria do Serviço Geográfico (DSG) e IBGE, desde de 1955 para o mapeamento sistemático do país.
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PN
PS
Meridiano extremo
Meridianos de secância
Meridiano Central
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O elipsóide é dividido em 60 fusos de 6 de longitude
Cada fuso tem um sistema de coordenadas parcial
Cada fuso terá um meridiano centralA amplitude de 6 para os fusos no sistema
UTM coincide com os fusos da Carta Internacional ao Milionésimo.
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A interseção com o equador é a origem do sistema
Os fusos são limitados por duas longitudes múltiplas de seis
As latitudes limites vão de 80 N a 80 S
O sistema UTM não é utilizado para representar regiões polares.
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Os fusos de sistema de projeção UTM são numerados de 1 a 60 contados a partir do anti-meridiano de Greenwich no sentido anti-horário.
N do fuso = 30 – (/6), para pontos a oeste de Greenwich.
N do fuso = 30 + (/6), para pontos a leste de Greenwich.
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Eixos coordenados do sistema UTM e Eixos coordenados do sistema UTM e origem no hemisfério Sulorigem no hemisfério Sul
6
3 3
meridiano central
N
E
6°(668km)
N
E
N
E
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Fundamentos do GPSFundamentos do GPS
Sistema TRANSITPrimeiro sistema de satélites artificiaisObjetivo de navegaçãoIdéia básica: localização sobre a TerraCálculo da posição baseado no Efeito DopplerDesvantagens: longos períodos de observação e baixa precisão
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NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Time And Rancing)
Criado para substituir o TRANSIT
Estudos iniciados em 1973Desenvolvido e operado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América - DoD
Sistema de rádio navegação
Concebido para fins exclusivamente militares
Sistema de Posicionamento Global – GPS
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O GPS foi projetado de forma que em qualquer lugar do globo e a qualquer momento existam pelo menos quatro satélites acima do plano do horizonte do observador.
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Em razão de sua precisão e do grande desenvolvimento da tecnologia dos receptores, surgiram aplicações para uso civil, tais como: NavegaçãoGeodésia TopografiaSinais de tempoOutros
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SPS SPS (Standard Positioning Service(Standard Positioning Service))
Serviço de Posicionamento PadrãoUso civil24 horas por diaEm qualquer lugarComponente temporal (data e hora)Coordenadas (lat., long., altitude)
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SPSSPS Precisão nominal:
– 20m componente horizontal– 30m componente vertical
95% do tempo Sistema degradado intencionalmente (SA)
– 100m componente horizontal– 156m componente vertical
Precisão no posicionamento relativo – 5m à 5mm
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GPS posição de pontos, coordenadas
TEMPO
velocidade
aceleração
direção do deslocamento
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Sistema de controle de tempo Sistema de controle de tempo
Extremamente importanteO GPS baseia-se na medida simultânea da
distância entre o receptor e pelo menos quatro satélites
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A distância entre o receptor e os satélites se obtém por meio do atraso temporal, entre o sinal que o satélite emite até o momento em que o sinal é recebido pelo receptor
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Segmentos do Sistema GPSSegmentos do Sistema GPS
Espacial
Controle
Usuário
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Segmento EspacialSegmento Espacial24 satélitesAltura de 20.200km da superfície terrestre6 planos orbitaisÓrbitas com 55° de inclinação em relação
ao EquadorPeríodo de 12 horas sideraisSatélites NAVSTAR ou Space Vehicles
(SVs)
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Segmento de ControleSegmento de Controle
5 estações rastreadoras fixasLocalizadas nas proximidades da linha do
Equador Movimento orbital dos satélites
constantemente monitoradoEstação mestre – Colorado SpringsCorreção das efemérides e dos relógios
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Segmento do UsuárioSegmento do Usuário
Constituído pelos receptores GPS e comunidade de usuários. Os receptores convertem os sinais dos satélites (SVs) em estimativas de posições, velocidade e tempo.
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Sistema de Tempo GPSSistema de Tempo GPSGPS mede intervalo de tempo de
propagação do sinal
Tempo GPS – Início 0h de 06/01/80
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Tempo GPS contado desde o início– número de semanas – número de segundos
Semanas GPS (GPS Week Number) – Varia de 0 – 1023 (aproxim. 20 anos)
N° de segundos - contador TOW (Time Of Week – Tempo da Semana )– Varia de 0 –604.800
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Sinais GPSSinais GPS
Satélites GPS são sistemas unidirecionais de emissão
A observação fundamental é a medida do tempo de percurso do sinal entre a antena do satélite e a antena do receptor
freqüência fundamental fo de 10,23 Mhz
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ESTRUTURA DO SINAL GPS
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CÓDIGOS PRNPseudo Randon Noise
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Determinação das CoordenadasDeterminação das Coordenadas
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Erros das medidas GPSErros das medidas GPS
Erros do relógio do satéliteAtmosferaMultitrajetória ou MulticaminhamentoErros de recepçãoDisponibilidade Seletiva - SA (Selective Avaibility) Anti-spoofing (AS)
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Diluição da Precisão (DOP)
HDOP: Para o posicionamento horizontal
VDOP: Para o posicionamento vertical
TDOP: Para a determinação do tempo
PDOP: Para o posicionamento tridimensional.
RDOP: Para o posicionamento relativo (relative)
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Valores de PDOP
< 4 – ótimo
4 < PDOP < 6 – aceitável
6 < PDOP < 8 – compromete o resultado
> 8 – inaceitável para posicionamento (geodésico ou topográfico)
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Tipos de receptores GPSTipos de receptores GPS Os receptores + baratos
– posicionamento em tempo real sem correção– baseado somente no código C/A – precisão SPS da ordem de 20 m na horizontal e
40 m na vertical
Receptores usam para suas soluções a observação da fase da portadora, em vez da pseudodistância são mais precisos e apresentam como resolução comprimento de onda da portadora com valores bem inferiores.
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Classificação dos ReceptoresClassificação dos Receptorespelo tipo de dadopelo tipo de dado
- Código C/A- Código C/A e portadora L1- Código C/A e portadoras L1/L2
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Principais componentes Principais componentes dos receptores GPSdos receptores GPS
Antena com pré-amplificador; Unidade de alta freqüência para sintonizar os
sinais provenientes de diversos satélites, de preferência simultaneamente e com canais independentes;
Unidades capacitadoras para receber os códigos dos satélites, para fins de identificação, obtenção das efemérides, sinais de tempo, catálogo, etc;
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Osciladores internos de alta precisão; Porta de entrada e saída de dados; Fonte de energia própria, por bateria, e ou externa,
via rede domiciliar; Memória residente para armazenamento dos dados
de rastreamento. Interface com o usuário, painel de exibição de
comandos;
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Métodos de PosicionamentoMétodos de PosicionamentoPosicionamento por Ponto ou Absoluto
Posicionamento Diferencial (DGPS)
Posicionamento Relativo
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Classificação quanto à Classificação quanto à mobilidade do receptor:mobilidade do receptor:
Estático
– receptores base e remoto ficam estacionados
– dependendo do comprimento da base a ser medida e da precisão que se quer alcançar
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Cinemático– permite a movimentação do receptor remoto;
– período de tempo maior no ponto inicial, visando determinar as ambigüidades;
– fator restritivo - cycles slips (perda momentânea do sinal de um ou mais satélites)
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Em Tempo Real
Pós-processado
Correção do Posicionamento
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Redes de Monitoramento Redes de Monitoramento ContínuoContínuo
Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do Sistema GPS (RBMC – IBGE)
Rede INCRA de Bases ComunitáriasRede de Rádio Faróis da MarinhaRedes SIGHT e Santiago & Cintra
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RBMC - IBGE
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RIBaC - INCRA
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Rede de Rádios Faróis da Marinha
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RINEXRINEX
Cada fabricante tem seu formato binário proprietário para os dados GPS
Dados diferentes não podem ser processados juntos num mesmo programa
Criado formato único: Receiver Independent Exchange Format - RINEX (Formato de Intercâmbio Independente de Receptor)
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RINEX RINEX (continuação)(continuação)
Visa intercâmbio de dados Composto por três arquivos ASCII:
– um arquivo de observações– dados meteorológicos (opcional)– mensagem de navegação
RINEX 2 – versão mais completa Programas disponíveis na internet
http:\\www.unvaco.ucar.edu
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Outros Sistemas de Outros Sistemas de Posicionamento por SatélitePosicionamento por Satélite
GLONASS– GLONASS - GLObal NAvigation Satelitte System– Sistema Russo equivalente ao GPS– 3 planos orbitais com 8 satélites cada ( 24 satélites)– Altura 19.000km; período 11:15h– Satélites transmitem em freqüências diferentes:– L1 = 1602MHz + N 0.5625MHz– L2 = 1246MHz + N 0.4375MHz (N: canal)– SA não implementada
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– TUC GLONASS diferente da TUC GPS– Datum PZ90 (Parametros Zemli 1990)
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GALILEO
– GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM)
– União Européia– Controle Civil– Compatível com GPS e GLONAS– 4 portadoras da Banda L– Em fase de desenvolvimento
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ALGUMAS ORIENTAÇÕES NO USO DO GPSALGUMAS ORIENTAÇÕES NO USO DO GPS
Os receptores GPS foram concebidos para funcionar quando não existirem barreiras entre os satélites e a antena do receptor
Quando existem barreiras entre o receptor e os satélites, há degradação ou interrupções dos sinais.
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O aparelho a ser utilizado vai depender da precisão necessária para o trabalho
O erro na altitude é 150% maior do que o erro na determinação da latitude e longitude
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Os receptores utilizam internamente o sistema WGS 84 e podem exportar os dados em diversos outros sistemas.
O usuário deve ter o cuidado de registrar os pontos nas coordenadas e DATUM usados no projeto em trabalho.
Quando os Estados Unidos ativam o erro SA, a precisão da determinação de pontos absolutos pode chegar a 100m.
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Na determinação de divisas de propriedades, talhões, canais de irrigação, construções, poços e etc. o posicionamento absoluto não satisfaz às necessidades de precisão, neste caso deve-se utilizar o DGPS
Os dados armazenados no receptor podem ser utilizados para alimentar Sistemas de Informações Geográficas ou Mapeamento Digital de forma precisa, rápida e extremamente barata
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Conhecendo-se as coordenadas de pontos de interesse pode-se preparar uma rota na qual o GPS auxilia o navegador a chegar a diversos lugares.
No mundo atual o GPS é utilizado desde grandes trabalhos científicos até momentos de lazer.
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OBRIGADA!