O QUE É GPS? do GPS. 3 Classificação. dos receptores. 4 Divisão do sistema GPS. de funcionamento. 6 Tipos de posicionamento. 8 Prática/Conhecendo

(1)

Metodologia de Pesquisa Cient

Metodologia de Pesquisa Cientí

ífica

fica

CONCEITOS B

CONCEITOS BÁ

ÁSICOS SOBRE

SICOS SOBRE

POSICIONAMENTO POR SAT

POSICIONAMENTO POR SATÉ

ÉLITES

LITES

ARTIFICIAIS

Julho 2011

Julio Cesar de Oliveira Julio Cesar de Oliveira XIV CURSO DE USO ESCOLAR DE

XIV CURSO DE USO ESCOLAR DE SENSORIAMENTO REMOTO NO ESTUDO DO SENSORIAMENTO REMOTO NO ESTUDO DO

MEIO AMBIENTE MEIO AMBIENTE

2 Fonte: Google Earth

ONDE ESTOU??

(2)

3

SUM

SUMÁ

ÁRIO

RIO

1

1 –

–

O

que

é

GPS

2

2 –

–

Aplica

ç

ões

do GPS

3

3 –

–

Classifica

ç

ão

dos

receptores

4

4 –

–

Divisão

do

sistema

GPS

5

5 –

–

Princ

í

pio

de

funcionamento

6

6 –

–

Tipos

de

posicionamento

7

7 –

–

Fontes

de

erros

no

sistema

GPS

8

8 –

–

Pr

á

tica/Conhecendo

o receptor

4

O QUE

O QUE É

É

GPS?

GPS

–

Global Positioning System

(

Sistema

de

Posicionamento

Global)

Desenvolvido

em

1973

pelo

Departamento

de

Defesa

(

DoD

) dos E.U.A.

Sistema

de

radionavega

ç

ão

–

determina

a

posi

ç

ão

bi

ou

tridimensional,

de um

ponto

qualquer

sobre

a

superf

í

cie

terrestre

ou

bem

pr

ó

xima

a

ela

(

MonicoMonico, 2000, 2000

).

Pode

ser

usado

24h

por

dia

em

quaisquer

condi

ç

ões

do tempo.

Em

decorrência

Æ

velocidade

,

distâncias

e

dire

ç

ões

entre

pontos

e

á

reas

.

Atualmente

(3)

5

COBERTURA

24 HORAS

Transmissões

contínuas

COBERTURA

GLOBAL

Cobertura completa

desde abril de 1995

QUALQUER

TEMPO

atenuação

mínima

6

APLICA

APLICAÇ

ÇÕES DO GPS

ÕES DO GPS

Avia

Aviaççãoão: civil e : civil e militarmilitar

Navega

Navegaççãoão: : marmaríítimatimae e comercialcomercial

Esportes

Esportes: rally, : rally, balonismobalonismo, , corridacorridade de aventuraaventura, etc., etc.

Defini

Definiççãoãode de rotasrotas((carroscarros))

Rastreamento

Rastreamentode de frotasfrotas, , veveíículosculose e animaisanimais..

Agricultura

Agriculturade de precisãoprecisão

Geodinâmica

Geodinâmica––movimentomovimentodadacrostacrostaterrestreterrestre Topografia

Topografia––definidefiniççãoãode de limiteslimites, , ááreasreas, , coordcoord., etc.., etc. Coleta

Coletade dados de dados paraparaSistemaSistemade de InformaInformaççãoãoGeogrGeográáficafica

E

(4)

7

CLASSIFICA

CLASSIFICAÇ

ÇÃO DOS RECEPTORES GPS

ÃO DOS RECEPTORES GPS

Existem

Existemvvááriasriasclassificaclassificaççõesões, , masmasa a classificaclassificaççãoãoememfunfunççãoãodadaaplicaçaplicaçãoãoa a qual

qualse se objetivaobjetivaééa a maismaisimportanteimportante((MonicoMonico, 2000, 2000))

:

NAVEGA

NAVEGAÇÇÃO ÃO ––ReceptoresReceptoresde de mãomão, , determinadeterminaççãoãorráápidapidade de coordcoord..

Precisão

Precisãode ~ 10 de ~ 10 --30m30m

Utilizados

Utilizadosparaparanaveganavegaççãoão, , esportesesportes, , atividadesatividadesde de lazerlazer, , levantamentoslevantamentos aproximados

aproximados, etc., etc.

Etrex H

Garmim Edge605 GPSMAP 60CX

Etrex Vista CX

Garmim 12, 12XL GPS II, III e plus

8

CLASSIFICA

CLASSIFICAÇ

ÇÃO DOS RECEPTORES GPS

ÃO DOS RECEPTORES GPS

TOPOGR

TOPOGRÁÁFICOS FICOS ––PosicionamentoPosicionamentotopogrtopográáficofico

Permitem

Permitemppóóss--processamentoprocessamentoe e posicionamentoposicionamentorelativorelativo

Precisão

Precisãodadaordemordemde 1cmde 1cm

Trimble Pro XR GTR-A Promark 2 _{Leica SR20} Trimble 4600 LS Z-Xtreme Sokkia Stratus Topcon Hiper GEOD

GEODÉÉSICOS SICOS ––PosicionamentoPosicionamentogeodgeodéésicosico Permitem

Permitemppóóss--processamentoprocessamentoe e posicionamentoposicionamentorelativorelativo Alta

(5)

9

DIVISÃO DO SISTEMA GPS

Dividido

em

3

3 segmentos

segmentos

:

Espacial

,

Controle

e

Usu

á

rios

SEGMENTO ESPACIAL

Constitu

Constituíídodoporpor24 24 satsatééliteslitesemem6 6 óórbitasrbitas(4 (4 satsatééliteslitesememcadacada))

Altitude

Altitude aproximadaaproximadade 20.200kmde 20.200km

M

Míínimonimo4 4 satsatééliteslitesvisvisííveisveisememqualquerqualquerlocal local dadaTerra Terra ememqualquerqualquerhorahora..

Constelação do Sistema GPS Fonte:http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Galaxy/5256/gps_introgarm.htm 10

DIVISÃO DO SISTEMA GPS

SEGMENTO DE CONTROLE

Constitu

Constituíídodoporpor5 5 estaestaççõesõesprincipaisprincipaisde de controlecontrole, , sendosendoumaumacentral central (Colorado, E.U.A)

(Colorado, E.U.A)

Monitoram

Monitoramcontinuamentecontinuamenteosossatsatééliteslites;; Determinam

Determiname e atualizamatualizamas as posiposiççõesõesorbitaisorbitais;; Prevêem

Prevêema a trajettrajetóóriarianasnasprpróóximasximas24h.24h.

Estações de controle GPS

(6)

11

DIVISÃO DO SISTEMA GPS

SEGMENTO DE USU

Á

RIOS

Refere

Refere--se a se a tudotudoquequedizdizrespeitorespeitoa a comunidadecomunidadeusuusuááriaria, civil e , civil e militarmilitar..

--ReceptoresReceptores;;

--ProgramasProgramasde de processamentoprocessamento;;

--MMéétodostodose e ttéécnicascnicasde de levantamentoslevantamentos;;

12

Greenwich

Plano Equatorial Ponto P

O QUE O SISTEMA FORNECE?

Coordenadas

CoordenadasCartesianasCartesianasGeocêntricasGeocêntricas (X,Y e Z)

(X,Y e Z) ÆÆWGSWGS--84.84. Convertidas

ConvertidasememLatitude (Latitude (ΦΦ) e Longitude () e Longitude (λλ) e ) e altitude (H). altitude (H). Latitude Hem. N Latitude Hem. N ÆÆ00oo_{a 90}_{a 90}oo Hem. S Hem. S ÆÆ00oo_a_a_-_-₉₀₉₀oo Longitude

Longitude LesteLesteGW GW ÆÆ00o o _{a 180}_{a 180}oo

Oeste

OesteGW GW ÆÆ00oo_a_a_-_-₁₈₀₁₈₀oo

Altitude

Altitude ÆÆememmetros metros ((elipselipsóóideide)) INPE/IAI

INPE/IAI ÆÆLat = 23Lat = 23oo₁₂₁₂_’_’₃₅₃₅_”_”_S_S Long= 45 Long= 45oo₅₁₅₁_’_’₄₃₄₃_”_” Alt = 624m Alt = 624m Y X Z P

(7)

13

PRINC

PRINCÍ

ÍPIO DE FUNCIONAMENTO

PIO DE FUNCIONAMENTO

D = Vp x t

D = Distância satélite/receptor Vp = Velocidade propagação sinal

(~300.000 km/s) t = lapso emissão/recepção

Posicionamento

PosicionamentoBidimensionalBidimensionalÆÆmmíínimonimo3 3 satsatééliteslites; ;

Posicionamento

PosicionamentoTridimensional Tridimensional ÆÆmmííninonino4 4 satsatééliteslites;;

Exige

Exigeo o conhecimentoconhecimentodadaposiposiççãoãoexataexatade de cadacadasatsatéélitelite;;

D1

D3

D2

D4

Adaptado de Freiberger Junior (2002)

PRINC

PRINCÍ

ÍPIO DE FUNCIONAMENTO

PIO DE FUNCIONAMENTO

Latitude longitude

altitude Erros dos relógios (dT)

4 Pseudo distâncias

4 incógnitas

Precisão do Relógio:

dT = 1 µs

0,000001s

300 m

1 medida

2 medidas

3 medidas

?

(8)

PRINC

PRINCÍ

ÍPIO DE FUNCIONAMENTO

PIO DE FUNCIONAMENTO

É

necessário

levar em conta os

desvios

dos

relógios

para

determinar

uma

posição precisa

Série Corrigida Série NÂO Corrigida

16

DADOS TRANSMITIDOS

Cada

sat

é

lite

transmite

2

2 sinais

sinais

distintos

:

L1

L1 ÆÆ f = 1575,42Mhz, f = 1575,42Mhz, λλ= 19,04cm= 19,04cm

L2

L2 ÆÆf = 1227,60Mhz, f = 1227,60Mhz, λλ= 24,44cm= 24,44cm

Transmitem

os

dados de

navega

ç

ão

Æ

posiçposiçãoãodos satdos satééliteslites((efemefemééridesrides), tempo ), tempo de

de transmitransmiççãoãodo do sinalsinal, , identificaidentificaççãoãodo satdo satéélitelite, etc., etc.

Permitem

posicionamento

mais

preciso

Æ

utilizautilizaççãoãodadafasefase

.

Modulados

sobre

:

L1:

L1:CóCódigodigoC/AC/A––ServiServiççoode de posicionamentoposicionamentopadrãopadrão––usuusuááriosriosciviscivis

Menor

MenorprecisãoprecisãoÆÆ10 10 ––30m.30m. L1 e L2:

L1 e L2:CóCódigodigoPP––RestritoRestritoa a usuusuááriosriosautorizadosautorizadospelopeloE.U.A E.U.A ––

Maior

(9)

17

TIPOS DE POSICIONAMENTO

POSICIONAMENTO ABSOLUTO

Uso

Usode de apenasapenas1 receptor1 receptor

Obten

Obtenççãoãodas das coordenadascoordenadasememtempo real (tempo real (geralmentegeralmentesemsem processamento

processamento)) Utiliza

Utilizao o ccóódigodigoC/A C/A ––menormenorprecisãoprecisão Precisão

PrecisãoH/V = 10 H/V = 10 ––30m30m

POSICIONAMENTO RELATIVO

Uso

Usode um receptor base de um receptor base ––coordenadascoordenadasconhecidasconhecidas

P

Póóss--processadoprocessado

Utiliza

Utilizao o ccóódigodigoC/A e C/A e portadorasportadorasL1 e L2L1 e L2

Maior

Maiorprecisãoprecisão––podepodeser ~1mmser ~1mm

18

AVALIA

AVALIAÇ

ÇÃO DO POSICIONAMENTO ABSOLUTO

ÃO DO POSICIONAMENTO ABSOLUTO

Avaliado

por

meio

do DOP (

do DOP (Dilution of Precision

Dilution of Precision

)

–

AuxiliaAuxiliananaindicaindicaççãoãodada

precisão

precisãodos dos resultadosresultadose no e no planejamentoplanejamentodas das observaobservaççõesões--dependedependede:de:

UERE (

UERE (User Equivalent Range ErrorUser Equivalent Range Error) ) ––ErroErroEquivalenteEquivalentedo do UsuUsuááriorio

Efeito

Efeitode de todostodosososerroserrosquequeafetamafetama determinaa determinaççãoãodadadistânciadistânciasatsatéélitelite/receptor/receptor

GEOMETRIA DA CONSTELA

GEOMETRIA DA CONSTELAÇÇÃO:ÃO:

FONTE:

Albuquerque e Santos (2005)

RUIM

RUIM BOABOA

DOP < 5

DOP < 5 ÆÆBOMBOM DOP > 8

DOP > 8 ÆÆNãoNãodevedeveser ser utilizadoutilizado

OBS

OBS: : receptoresreceptoresnaveganavegaççãoão

EPE

(10)

19

FONTES DE ERRO NO SISTEMA GPS

Fontes

:

sat

é

lites

,

propaga

ç

ão

do

sinal

, receptor/

antena

e

esta

ç

ão

SAT

É

LITES

Ó

ÓrbitarbitaÆÆf (f (coordenadascoordenadasdo do satsatéélitelite))

Rel

RelóógiogioÆÆf (f (estabilidadeestabilidadedos dos relrelóógiosgios))

Relatividade

RelatividadeÆÆf (campo f (campo gravitacionalgravitacionale e velocidadevelocidadediferentesdiferentes))

CORRE

CORREÇÇÃO ÃO ÆÆUsoUsode de efemefemééridesridesprecisasprecisase e posicionamentoposicionamentorelativorelativo

20

FONTES DE ERRO NO SISTEMA GPS

PROPAGA

Ç

ÃO DO SINAL

Refra

RefraççõesõesTroposfTroposfééricaricae e IonosfIonosfééricaricaÆÆf (f (variavariaççãoãode de densidadedensidadedos dos meios

meiosememquequeo o sinalsinalpropagapropaga--atmosferaatmosfera).).

Perdas

Perdasde de CicloCiclo––perdaperdado do sinalsinalGPS GPS ÆÆf (f (obstruobstruççãoãodo do sinalsinal)) Evitar

Evitarconstruconstruççõesões, pontes, , pontes, áárvoresrvores, etc., etc.

Multicaminhamento

MulticaminhamentoÆÆf (f (reflexãoreflexãodo do sinalsinalememsuperfsuperfííciesciesvizinhasvizinhas))

Sinal emitido pelo satélite

Sinal refletido

Utilizar a antena distante de superfícies que possam refletir o sinal

(11)

21

RESUMINDO OS ERROS

Erro

do

rel

ó

gio

do

sat

é

lite

Æ

60 cm

Erro

de

efem

é

rides

Æ

60 cm

Erro

dos

receptores

Æ

120 cm

Erro

atmosf

é

rico

(

Ionosfera/Troposfera

)

Æ

360 cm

TOTAL = 390 cm

(

raizraizquadradaquadradadadasoma dos soma dos quadrados)quadrados

)

Para

calcular

o

erro

m

é

dio

verdadeiro

do

sistema

:

Multiplica

-

se o

erro

“

total

”

pelo

valor EPE

fornecido

pelo

receptor

EPE x 3,9m =

EPE x 3,9m = Erro

Erro

m

mé

édio

dio

verdadeiro

22

PRECISÃO ESPACIAL

(12)

23

MELHORANDO A PRECISÃO ESPACIAL

24

PRECISÃO ALTIM

(13)

25

PR

PRÁ

ÁTICA

TICA

Imagem alta resolução

INPE

Identificação de pontos

Seguir rota

26

FUN

FUNÇ

ÇÕES DO TECLADO DOS RECEPTORES

ÕES DO TECLADO DOS RECEPTORES

POWER

POWER––liga/desligaliga/desligaee ilumina

iluminaççãoãodadatelatela

Garmim 12 XL _{GPS II, III}

GOTO

GOTO––ativaativajanelajanelade de waypointswaypoints. . Seleciona

Selecionawaypointswaypointsde de destino

destino..

Waypoints

Waypoints––ptosptosparaparanaveganavegaççãoão..

Pr

Préé--determinadosdeterminadosououinseridosinseridos

QUIT

QUIT––retornaretornaa a telatelaa a

uma

umappááginaginaanterioranterior

PAGE

PAGE––transitatransitaememsequenciasequencia

pelas

pelasppááginasginasprincipaisprincipais..

MARK

MARK––marcamarcaa a posiposiççãoãoatualatual.. Captura

Capturade de waypoints.waypoints.

ENTER

ENTER––confirmaconfirmaentradaentradade de

dados.

dados. AtivaAtivacamposcamposemem

destaque

destaque..

Controla

Controlamovimentomovimentodo do

cursor

(14)

27

P

PÁ

ÁGINAS DE INFORMA

GINAS DE INFORMAÇ

ÇÕES PRIM

ÕES PRIMÁ

ÁRIAS

RIAS

SATÉLITES POSIÇÃO MAPA NAVEGAÇÃO

PAGE

QUIT

SEQUÊNCIA DE P

Á

GINAS

28

P

PÁ

ÁGINAS DE INFORMA

GINAS DE INFORMAÇ

ÇÕES PRIM

ÕES PRIMÁ

ÁRIAS

RIAS

P

Á

GINA DE SAT

É

LITES

–

MonitoramentoMonitoramentodos dos satsatééliteslitesdispondisponííveisveis

VISÃO ESPACIAL

VISÃO ESPACIAL––posiposiççãoãoe e

disponibilidade

disponibilidadede de satsatééliteslites CAMPO DE STATUS:

CAMPO DE STATUS:

“

“2D NAV2D NAV””ouou““3D NAV3D NAV””

INDICADOR DE INDICADOR DE PILHA PILHA PRECISÃO PRECISÃO HORIZONTAL HORIZONTAL (ft ou m) BARRA INTENSIDADE BARRA INTENSIDADE DO SINAL DO SINAL 19 15 18

(15)

29

P

PÁ

ÁGINAS DE INFORMA

GINAS DE INFORMAÇ

ÇÕES PRIM

ÕES PRIMÁ

ÁRIAS

RIAS

P

Á

GINA DE POSI

Ç

ÃO

–

InformaInformaççõesõesbbáásicassicassobresobrea a posiposiççãoão. . ÚÚtiltilquandoquando não

nãose tem um se tem um waypointwaypointde de destinodestino..

INDICADOR GR

INDICADOR GRÁÁFICO FICO

DE DIRE

DE DIREÇÇÃOÃO

DIRE

DIREÇÇÃO (ÃO (AzimuteAzimute) )

SEGUIDA

ODÔMETRO

ODÔMETRO ––DistânciaDistância

total

total percorridapercorridadesdedesdea a úúltimaltima inicializa

inicializaççãoão..

VELOCIDADE DE VELOCIDADE DE DESLOCAMENTO DESLOCAMENTO ALTITUDE DA ALTITUDE DA POSI

POSIÇÇÃOÃO

POSI

POSIÇÇÃO: ÃO: Latitude e Longitude

Latitude e Longitude

REL

RELÓÓGIOGIO

30

P

PÁ

ÁGINAS DE INFORMA

GINAS DE INFORMAÇ

ÇÕES PRIM

ÕES PRIMÁ

ÁRIAS

RIAS

P

Á

GINA DE NAVEGA

Ç

ÃO

–

OrientaçOrientaçõesõesde navegade navegaççãoão, , buscabuscade waypointsde waypoints Azimute

Azimuteaoao

waypoint

B

Búússolassola grgrááficafica –– Dire

Direççãoão queque o o destinodestino

se

se encontraencontraememrelarelaççãoão a

a diredireççãoãoseguidaseguida

Azimute

Azimuteseguidoseguido

Distância Distânciaaoao waypoint waypoint Velocidade Velocidadede de deslocamento deslocamento Waypoint de Waypoint de destino destino ETE

ETE –– Tempo estimado que resta para atingir o destino, com base no azimute e velocidade atuais.

(16)

31

P

PÁ

ÁGINAS DE INFORMA

GINAS DE INFORMAÇ

ÇÕES PRIM

ÕES PRIMÁ

ÁRIAS

RIAS

P

Á

GINA DE MAPA

–

PosiPosiççãoãoatualatualdo do usuusuááriorioe e vizinhanvizinhanççaa..

Campo de zoom Campo de zoom e PAN e PAN Azimute Azimuteaoao waypoint waypoint Azimute

Azimuteseguidoseguido

Distância

Distânciaaoao waypoint

waypoint

Posi

Posiççãoãoatualatual do

do usuusuááriorio

Velocidade Velocidadede de deslocamento deslocamento 32

REFERÊNCIAS

ALBUQUERQUE, P. C. G.; SANTOS, C. C.

ALBUQUERQUE, P. C. G.; SANTOS, C. C. GPS GPS paraparainiciantesiniciantes. Mini . Mini cursocursoXII SBSR. XII SBSR. GoiâniaGoiânia, 16, 16--21 21

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MONICO, J. F. G. PosicionamentoPosicionamentopelopeloGNSS: GNSS: descridescriççãoão, , fundamentosfundamentose e aplicaaplicaççõesões. São Paulo: ed. . São Paulo: ed.

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(17)