Métodos de Posicionamento e Navegação

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IPNET Soluções

GNSS

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Métodos de Posicionamento e Navegação

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Antigamente....

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Sol, planetas, estrelas (fontes de orientação celestiais)

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Bússola (inventada pelos chineses)

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Loran (Long-Range Navigation System)

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Decca (Low Frequency Continuous Wave phase Comparison Navigation)

Baseados em ondas de rádio, funcionam muito bem em na faixa costeira.

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Métodos de Posicionamento e Navegação

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Solução:

● NSS (Navy Navigation Satellite System) - Transit

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Métodos de Posicionamento e Navegação

●

Solução:

● Década de 1970 – NAVSTAR (Global Position System – GPS).

● Década de 1970 – GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System)

● Final da década de 1990 – GALILEU (em desenvolvimento...)

São conhecidos como GNSS (Global Navigation Satellite System ou Sistema Global de Navegação por Satélite).

EUA

URSS

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Métodos de Posicionamento e Navegação

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Possibilidades de Expansões:

● WAAS - Wide Area Augmentation Service.

● MSAS – Satellite based Augmentation System

● EGNOS – European GPS Navigation Overlay System

● Gagan – Aided GEO Augmented Navigation

EUA

Japão

EUROPA

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NAVSTAR – GPS ou apenas GPS

● Desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DoD)

● Principal sistema de navegação das Forças Armadas Norte Americanas

● Resultou da fusão de dois programas => Timation e System 621B.

● Funciona pelo princípio de Radionavegação:

Marinha _{Força Aérea}

Consiste na medida de distâncias entre um usuário e quatro satélites.

Pode ser utilizado em quaisquer condições climáticas.

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NAVSTAR – GPS ou apenas GPS

● Serviço de Posicionamento Padrão

●Serviço de posicionamento e tempo padrão disponível para todos.

● Acurácia horizontal e vertical de 10 metros a 20 metros.

● Possui três segmentos:

* Espacial = relacionado a constelação dos satélites e seus sinais

* Controle = monitora e faz a devida manutenção do Sistema e seus sinais

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NAVSTAR – GPS ou apenas GPS

● Em junho de 2007 (30 Satélites)

● São 2 tipos de Serviços

SPS (Standard Positioning Service = Serviço de Posicionamento Padrão)

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NAVSTAR – GPS ou apenas GPS

● Segmento Espacial:

Consiste de no mínimo 24 satélites de Orbita média dividido em 6 planos orbitais

igualmente espaçados, com quatro satélites em cada plano com uma altitude aproximada de

20.200 km.

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Planos Orbitais atual da Constelação GPS

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NAVSTAR – GPS ou apenas GPS

● Segmento Espacial – Característica dos Sinais:

Cada Satélite transmite até duas ondas portadoras: L1 e L2 que são geradas simultaneamente.

Códigos Abertos e Criptografados

* obs: Futuramente existirá mais uma frequência a L5.

Dados (Navegação e Relógio)

C/A (Coarse Acquisition) => Modulado sobre a onda L1.

P (Precise or Protected) => Modulado sobre a onda L1 e L2.

L2C (em implantação...).

* obs: Aberto e destinado a uso civil.

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NAVSTAR – GPS ou apenas GPS

● Segmento de Controle:

Principais Tarefas do Segmento de Controle são:

* Monitorar e controlar continuamente o Sistema de Satélites;

* Determinar o Sistema de Tempo GPS;

* Predizer as efemérides dos Satélites, calcular as correções dos relógios dos Satélites;

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NAVSTAR – GPS ou apenas GPS

Composto por 5 estações Monitoras:

* Hawai;

* Kwajalein (Monitora e Transmite informações aos Satélites);

* Ascension Island (Monitora e Transmite informações aos Satélites);

* Diego Garcia (Monitora e Transmite informações aos Satélites);

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NAVSTAR – GPS ou apenas GPS

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NAVSTAR – GPS ou apenas GPS

● Segmento de Usuários:

Está diretamente associada aos receptores GPS. A categoria de usuários pode ser dividida em: Civil e Militar.

● Componentes dos Receptores GPS:

1 – Antena com pré-amplificador;

2 – Seção de Radiofrequência para identificação e processamento do sinal;

3 – Microprocessador para controle do receptor, amostragem e processamento de dados; 4 – Oscilador

5 – Interface com painel de exibição e comandos do usuário 6 – Provisão de Energia (Bateria)

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Novidades / Curiosidades

● Sistema Beidou/Compass:

Em 2007 possuía cinco satélites geoestacionários. Sua aplicabilidade de navegação se restringe a região da China e área vizinhas, porém, o planejamento é que aos poucos este se transforma em um sistema de posicionamento global geoestacionário.

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SISTEMAS UTILIZADOS PARA POSICIONAMENTO

GPS x GLONASS

CARACTERÍSTICA GPS GLONASS

ALTITUDE ORBITAL 20.200 Km 19.000 Km

NÚMERO DE ÓRBITAS 4 X 6 8 X 3

PERÍODO ORBITAL 12 h (SIDERAIS) 11 h 15 m 44 s

FREQUÊNCIAS 1575,42 MHz_{1227,60 MHz}

1602 MHz + k * 9/16 Mhz 1246 Mhz + k * 7/16 Mhz k = nº do canal do satélite

DADOS DE NAVEGAÇÃO 4D: X, Y, Z, t + VELOCIDADE 4D: X, Y, Z, t + VELOCIDADE

DISPONIBILIDADE PERMANENTE (24 h) PERMANENTE (24 h)

DEGRADAÇÃO DO SINAL SA e AS NÃO HÁ DEGRADAÇÃO

PRECISÃO 15 m (sem o efeito do SA) 5 a 10 m

CONSTELAÇÃO 24 a 25 18 a 24

GEOMETRIA REPETIDA DIARIAMENTE REPETIDA DIARIAMENTE

RELÓGIO DOS SATÉLITES CÉSIO, RUBÍDIO CÉSIO, RUBÍDIO

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VANTAGENS DO GPS

VISADA

LIGAÇÃO INDIRETA ENTRE ESTAÇÕES LINHAS MAIS LONGAS

PRECISÃO

MÉTODOS CUMPREM E SUPERAM NORMAS DO IBGE E ABNT

RAPIDEZ

AUTOMAÇÃO NA COLETA, PROCESSAMENTO E EXPORTAÇÃO

3D

TRANSPORTE PLANI-ALTIMÉTRICO SIMULTÂNEO

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DESVANTAGENS DO GPS

VISADA AOS SATÉLITES

PROBLEMAS COM VEGETAÇÃO DENSA E ALTA TÚNEIS

MINAS SUBTERRÂNEAS CONCRETOS

METAIS ETC..

ÁREA URBANA ALTA

MULTICAMINHAMENTO E POUCOS SATÉLITES GPS

NIVELAMENTO

NÃO FAZ - PRECISA INFORMAÇÃO GEOIDAL

CUSTO

COM OPERADORES

DE US$ 200.00 ATÉ +/- 50,000.00

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MULTICAMINHAMENTO - “MULTIPATH”:

• CARACTERÍSTICAS:

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SEGMENTO USUÁRIO PROFISSIONAL

CARTÓGRAFOS, AGRIMENSORES, TOPÓGRAFOS, FLORESTAIS,

AGRÔNOMOS, GEÓLOGOS, BIÓLOGOS, ANALISTAS, ARQUEÓLOGOS,..

APLICAÇÕES

MONITORAMENTO DE VEÍCULOS AMBULÂNCIAS

EXPLORAÇÃO DE ÓLEO

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PRECISÃO / APLICAÇÃO

NAVEGAÇÃO - 20M

CADASTRO RURAL - 1M SIG - 0.5M

TOPOGRAFIA - 0.2M APOIO - 0.05M

AS APLICAÇÕES PODEM SER:

USO EM TEMPO REAL LEVANTAMENTO

LINHAS LONGAS BASE PRÓPRIA

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Questões...

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Figura física

Rápida Revisão de Cartografia

Geóide

(

forma própria da Terra )

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Rápida Revisão de Cartografia

Superfície de nível do campo gravífico (campo da gravidade) que melhor se adapta à superfície média dos mares, estendida sob os continentes, onde cada ponto é perpendicular à direção da gravidade.

Assim ele está ora acima, ora abaixo da superfície definida como a superfície topográfica da Terra, ou seja, a superfície definida pela massa terrestre.

Todo ponto do geóide é perpendicular à linha de prumo, ou a vertical do lugar, tornando-se assim a referência natural para a determinação de altitudes, medidas ao longo dessa vertical.

Ao mesmo tempo, o geóide é a representação gráfica mais próxima do campo da gravidade terrestre.

Geóide

(

forma própria da Terra )

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Modelando do Mundo Real para o Computador

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Modelando do Mundo Real para o Computador

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z

y

Greenwich

P

eixo dos pólos

b

a

Elipsóide

- Superfície geométrica que mais se aproxima da forma da Terra, sobre a qual são realizados todos os cálculos. É a superfície de referência de coordenadas geográficas

Modelando do Mundo Real para o Computador

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Relacionamento Geóide, Elipsóide e Superfície Física

h H N Superfície Terrestre geóid e elipsóid e

A separação vertical entre o geóide e um elipsóide de referência específico é denominada desnível ou ondulação geoidal (N).

H = altitude ortométrica ou geoidal

h = altitude elipsóidica, elipsoidal ou geométrica

Relação altitude ortométrica, elipsóidica e desnível geoidal

Altitude Ortométrica = Altitude Elipsoidal – Desnivel ou ondulação Geoidal

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Altitudes Geométricas (h) (Elipsoidal)

* Normalmente os valores das Altitudes Ortométricas (H) , que são aqueles que possuem relação com a realidade física são os que mais nos interessam.

Para calcular a Altitude Ortométrica a partir da Altitude Geométrica é necessário conhecer a Ondulação Geoidal (N).

H = h - N

Mapa Geoidal

* Modelo Geoidal – MAPGEO2004

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Questões...

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É necessário padronizar o Sistema Geodésico e utilizar os parâmetros de transformação Oficiais do IBGE.

Parâmetros de Transformação Normas do IBGE

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Questões...

Quais as utilidades de realizar os levantamentos de campo?

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●Coleta de Atributos para um SIG: feições de ponto, linha, polígonos e inserção de atributos;

- Coleta de Informações em Campo – Coleta de Solo

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- Coleta de Informações em Campo – Levantamento de Pontos de Interesse

Pontos de ônibus Escolas

Hospitais

Postos de Combustível Igrejas

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- Coleta de Informações em Campo – Validação de Mapa de Uso e Cobertura da Terra

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- Coleta de Informações em Campo – Validação de Metodologias de Identificação de Alvos

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ID Nome Est. Pluv. Long Lat

ID

●Coleta de Atributos para um SIG: feições de ponto, linha,

polígonos e inserção de atributos;

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●Coleta de Pontos por DGPS – Validação de Bases

Ponto SAT – 91984 - localizado nas proximidades do Centro de

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●Coleta de Atributos para um SIG:

feições de ponto, linha, polígonos e inserção de atributos;

●Coleta de Pontos por DGPS –

Validação de Bases Base Prefeitura

Base AMPLA

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●Coleta de Atributos para um SIG: feições

de ponto, linha, polígonos e inserção de atributos;

●Coleta de Pontos por DGPS – Validação

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