Curso Introdução Ao Sistema De Posicionamento Global - Gps

Curso Introdução Ao Sistema De Posicionamento Global - Gps

INTRODUO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL - GPS Luciana Suaid Tomazi Vasco IBGE [email protected] Por que GPS? HISTRICO

Senso natural de orientao do Homem Orientao por recursos naturais: Sol, estrelas, acidentes topogrficos, ventos... Rosa dos Ventos de 600 AC at sec. XV N W

E S Bssola Desenvolvimento da Geodsia e da cartografia Computadores

Estaes totais Sistemas de informaes geogrficas (SIG) Cads Sistema de Posicionamento Global (GPS) Observaes de satlites artificiais Iniciada nos anos 60 Navegao e Posicionamento O que ser quer: posio de um ponto

Conceitos Bsicos Terra Cartografia Cincia e a arte de expressar graficamente, por meio de mapas e

cartas, o conhecimento humano da superfcie terrestre. Geodsia Cincia que determina, atravs de observaes, a forma e o tamanho da terra, as coordenadas dos pontos, comprimentos

e direes de linhas da superfcie terrestre, e as variaes da gravidade terrestre. A Geodsia divida em: Geodsia geomtrica Geodsia fsica Geodsia por satlite ou celeste

Superfcie fsica, Geide e Elipside Superfcie Fsica Geide Elipside Elipside de Revoluo

b a Equador Coordenadas Geogrficas Posio de ponto: Latitude e Longitude Latitude ()

Longitude () Medida pelos paralelos 0 na linha do Equador Medida pelos meridianos 0 no Meridiano de

Varia de +90 -90 Ao norte do Equador:+ Greenwich Varia de +180 -180 Oeste de Greenwich : Leste de Greenwich : + Ao sul do Equador : -

Esquema da Latitude e Longitude PN Latitude Longitude Equador Meridiano

de Greenwich Referencial Altimtrico Coordenadas Cartesianas Ao elipside est associado um sistema cartesiano ortogonal,

formado pelos eixos X, Y e Z. Um ponto sobre a superfcie terrestre tem coordenadas cartesianas geocntricas, que podem ser expressadas em latitude, longitude e altitude e vice-versa.

Coordenadas Cartesianas e Geodsicas Sistemas de Referncia Datum Superfcie de Referncia Datum Horizontal Datum Vertical

Datum Horizontal ponto de referncia um elipside e um IBGE Sistema Geodsico Brasileiro SGB (www.ibge.gov.br/geodesia) Datum Oficial Brasileiro (1977) SAD 69

Elipside ERI 67 (Elipside de Referncia Internacional de 1967) Vrtice : Chu MG ( geide = elipside) SIRGAS 2000 Decreto N 5334/2005, assinado em 06/01/2005 Elipside GRS 80 (Sistema de Referncia Geodsico de 1980) Consistente, global e geocntrico Centro do Elipside = centro de massa da Terra

Nos prximos 10 anos sero Datuns oficiais : SIRGAS, SAD 69 e Crrego Alegre (s para o SCN) Datum GPS WGS 84 Elipside GRS 80 (Sistema de Referncia Geodsico de 1980) Consistente, global e geocntrico Centro do Elipside = centro de massa da Terra

Sistema de Referncia Altimtrico Imbituba SC usado por quase todo Brasil Porto de Santana utilizado pelo Amap (dificuldades de expandir a rede altimtrica nesta rea do pas) Representaes Cartogrficas Sistemas de Projeo Cilindro

Carta ou Mapa Terra Cone Modelo (Esfera /Elipside)

Esfera Modelo Plano Tangente Temos trs diferentes tipos de projeo quanto s propriedades: Projeo equivalente conserva as reas Projeo

eqidistante conserva as distncias Projeo conforme ou ortomorfa conserva os ngulos SISTEMA DE PROJEO UNIVERSAL

TRANSVERSO DE MERCATOR (UTM) Criado para aplicao mundial pelos militares para um sistema de coordenadas planas Em 1951 a Associao de Geodsia e Geofsica Internacional (AGGI) recomendou o sistema UTM

para o mundo inteiro No Brasil - sistema adotado pela Diretoria do Servio Geogrfico (DSG) e IBGE, desde de 1955 para o mapeamento sistemtico do pas. Meridiano extremo

Meridianos de secncia PN PS Meridiano Central

O elipside dividido em 60 fusos de 6 de longitude Cada fuso tem um sistema de coordenadas parcial

Cada fuso ter um meridiano central A amplitude de 6 para os fusos no sistema UTM coincide com os fusos da Carta Internacional ao Milionsimo. A interseo com o equador a origem do sistema

Os fusos so limitados por duas longitudes mltiplas de seis As O latitudes limites vo de 80 N a 80 S

sistema UTM no utilizado para representar regies polares. Os fusos de sistema de projeo UTM so numerados de 1 a 60 contados a partir do antimeridiano de Greenwich no sentido anti-horrio.

N do fuso = 30 (/6)), para pontos a oeste de Greenwich. N do fuso = 30 + (/6)), para pontos a leste de Greenwich. Eixos coordenados do sistema UTM e

origem no hemisfrio Sul N N N 3 3 E

E E meridiano central 6 6(668km)

Fundamentos do GPS Sistema TRANSIT Primeiro sistema de satlites artificiais Objetivo de navegao Idia bsica: localizao sobre a Terra Clculo da posio baseado no Efeito Doppler Desvantagens: longos perodos de observao e baixa preciso Sistema de Posicionamento Global GPS

NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Time And Rancing) Criado para substituir o TRANSIT Estudos iniciados em 1973 Desenvolvido e operado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da Amrica - DoD Sistema de rdio navegao Concebido para fins exclusivamente militares O GPS foi projetado de forma que em

qualquer lugar do globo e a qualquer momento existam pelo menos quatro satlites acima do plano do horizonte do observador. Em razo de sua preciso e do grande desenvolvimento da tecnologia dos receptores, surgiram aplicaes para uso civil, tais como: Navegao

Geodsia Topografia Sinais de tempo Outros SPS (Standard Positioning Service) Servio Uso 24

de Posicionamento Padro civil horas por dia Em qualquer lugar

Componente temporal (data e hora) Coordenadas (lat., long., altitude) SPS

Preciso nominal: 20m componente horizontal 30m componente vertical 95% do tempo

Sistema degradado intencionalmente (SA) 100m componente horizontal 156m componente vertical Preciso

no posicionamento relativo 5m 5mm GPS posio de pontos, coordenadas TEMPO velocidade direo do

deslocamento acelerao Sistema de controle de tempo Extremamente importante O GPS baseia-se na medida simultnea da distncia entre o receptor e pelo menos quatro satlites

A distncia entre o receptor e os satlites se obtm por meio do atraso temporal, entre o sinal que o satlite emite at o momento em que o sinal recebido pelo receptor Segmentos do Sistema GPS Espacial

Controle Usurio Segmento Espacial 24 satlites Altura de 20.200km da superfcie terrestre 6 planos orbitais rbitas com 55 de inclinao em relao

ao Equador Perodo de 12 horas siderais Satlites NAVSTAR ou Space Vehicles (SVs) Segmento de Controle 5 estaes rastreadoras fixas Localizadas nas proximidades da linha do

Equador Movimento orbital dos satlites constantemente monitorado Estao mestre Colorado Springs Correo das efemrides e dos relgios Segmento do Usurio Constitudo pelos receptores GPS e comunidade de usurios. Os receptores convertem os sinais dos satlites (SVs) em

estimativas de posies, velocidade e tempo. Sistema de Tempo GPS GPS mede intervalo de tempo de propagao do sinal

Tempo GPS Incio 0h de 06/01/80 Tempo GPS contado desde o incio nmero de semanas nmero 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 Sinais GPS Satlites GPS so sistemas unidirecionais de emisso A observao fundamental a medida do tempo de percurso do sinal entre a antena do satlite e a antena do receptor

freqncia fundamental fo de 10,23 Mhz ESTRUTURA DO SINAL GPS CDIGOS PRN Pseudo Randon Noise Determinao das Coordenadas

Erros das medidas GPS Erros do relgio do satlite Atmosfera Multitrajetria ou Multicaminhamento Erros de recepo Disponibilidade Seletiva - SA (Selective Avaibility) Anti-spoofing (AS)

Diluio da Preciso (DOP) HDOP: Para o posicionamento horizontal VDOP: Para o posicionamento vertical TDOP: Para a determinao do tempo PDOP: Para o posicionamento tridimensional. RDOP: Para o posicionamento relativo (relative) Valores de PDOP < 4 timo 4 < PDOP < 6 aceitvel

6 < PDOP < 8 compromete o resultado > 8 inaceitvel para posicionamento (geodsico ou topogrfico) Tipos de receptores GPS Os receptores + baratos posicionamento em tempo real sem correo baseado somente no cdigo C/A

preciso SPS da ordem de 20 m na horizontal e 40 m na vertical Receptores usam para suas solues a observao da fase da portadora, em vez da pseudodistncia so mais precisos e apresentam como resoluo comprimento de onda da portadora com valores bem inferiores.

Classificao dos Receptores pelo tipo de dado - Cdigo C/A - Cdigo C/A e portadora L1 - Cdigo C/A e portadoras L1/L2 Principais componentes dos receptores GPS Antena

com pr-amplificador; Unidade de alta freqncia para sintonizar os sinais provenientes de diversos satlites, de preferncia simultaneamente e com canais independentes; Unidades capacitadoras para receber os cdigos dos satlites, para fins de identificao, obteno das efemrides, sinais de tempo, catlogo, etc;

Osciladores Porta internos de alta preciso; de entrada e sada de dados; Fonte de energia prpria, por bateria, e ou externa,

via rede domiciliar; Memria residente para armazenamento dos dados de rastreamento. Interface com o usurio, painel de exibio de

comandos; Mtodos de Posicionamento Posicionamento por Ponto ou Absoluto Posicionamento Diferencial (DGPS)

Posicionamento Relativo Classificao quanto mobilidade do receptor: Esttico

receptores base e remoto ficam estacionados dependendo do comprimento da base a ser medida e da preciso que se quer alcanar Cinemtico permite a movimentao do receptor remoto; perodo de tempo maior no ponto inicial, visando determinar as ambigidades;

fator restritivo - cycles slips (perda momentnea do sinal de um ou mais satlites) Correo do Posicionamento Em Tempo Real Ps-processado

Redes de Monitoramento Contnuo Rede Brasileira de Monitoramento Contnuo do Sistema GPS (RBMC IBGE) Rede

INCRA de Bases Comunitrias Rede de Rdio Faris da Marinha Redes SIGHT e Santiago & Cintra

RBMC - IBGE RIBaC - INCRA Rede de Rdios Faris da Marinha RINEX Cada fabricante tem seu formato binrio

proprietrio para os dados GPS Dados diferentes no podem ser processados juntos num mesmo programa formato nico: Receiver Independent Exchange Format RINEX (Formato de Intercmbio Independente de Receptor)

Criado RINEX (continuao) Visa intercmbio de dados Composto por trs arquivos ASCII: um arquivo de observaes dados meteorolgicos (opcional) mensagem de navegao

RINEX 2 verso mais completa Programas disponveis na internet http:\\www.unvaco.ucar.edu Outros Sistemas de Posicionamento por Satlite

GLONASS GLONASS - GLObal NAvigation Satelitte System Sistema Russo equivalente ao GPS 3 planos orbitais com 8 satlites cada ( 24 satlites) Altura 19.000km; perodo 11:15h Satlites transmitem em freqncias diferentes: L1 = 16)02MHz + N 0.56)25MHz L2 = 1246)MHz + N 0.4375MHz (N: canal) SA no implementada

TUC GLONASS diferente da TUC GPS Datum PZ90 (Parametros Zemli 1990) GALILEO

GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM) Unio Europia Controle Civil Compatvel com GPS e GLONAS 4 portadoras da Banda L

Em fase de desenvolvimento ALGUMAS ORIENTAES NO USO DO GPS Os receptores GPS foram concebidos para funcionar quando no existirem barreiras entre os satlites e a antena do receptor Quando

existem barreiras entre o receptor e os satlites, h degradao ou interrupes dos sinais. O aparelho a ser utilizado vai depender da preciso necessria para o trabalho

O erro na altitude 150% maior do que o erro na determinao da latitude e longitude Os receptores utilizam internamente o sistema WGS 84 e podem exportar os

dados em diversos outros sistemas. O usurio 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 preciso da determinao de pontos absolutos pode chegar a 100m. Na determinao de divisas de propriedades, talhes, canais de irrigao, construes, poos e etc. o posicionamento absoluto no satisfaz s necessidades de preciso, neste caso deve-se

utilizar o DGPS Os dados armazenados no receptor podem ser utilizados para alimentar Sistemas de Informaes Geogrficas ou Mapeamento Digital de forma precisa, rpida e extremamente barata 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 utilizado desde grandes trabalhos cientficos at momentos

de lazer. OBRIGADA! www.ibge.gov.br

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