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1 1 GPS GLOBAL POSITIONING SYSTEM Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

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1 1

GPS GLOBAL POSITIONING SYSTEM

Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

Page 2: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

2 2

PARTE I

INTRODUÇÃO AO SISTEMA GPS

Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

Page 3: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

3 3

Definição: GPS (Global Positioning System) é a

abreviatura de NAVSTAR GPS (NAVSTAR

GPS-Navigation System with Time And

Ranging Global Positioning System).

Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

Page 4: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

4 4

1956 – Friedwardt Winterberg: teste da teoria geral da

relatividade

1957 – William Guier e George Weiffenbach, inspirados

no Sputnik

1960 – Transit (5 satélites): localização de submarinos

(Marinha Americana)

1963 – Project 621B (Força Aérea Americana)

1964 – SECOR (Exército Americano)

1967 – Timation: primeiro relógio atômico

1973 – Defense Navigation Satellite System (DNSS):

Navstar-GPS – Navigation System Using Timing and

Ranging

HISTÓRICO

Page 5: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

5 5

1. SISTEMAS UTILIZADOS PARA POSICIONAMENTO (NAVEGAÇÃO)

INTRODUÇÃO AO SISTEMA GPS Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

Page 6: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

6 6

27 satélites: 24 operacionais e 3 reservas

2 - Estrutura do GPS

Page 7: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

7 7

1. SISTEMAS UTILIZADOS PARA POSICIONAMENTO (NAVEGAÇÃO)

INTRODUÇÃO AO SISTEMA GPS

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

SISTEMA DE REFERÊNCIA

GEODÉSICA (DATUM)

WGS-84 PZ-90

Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

Page 8: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

8 8

1. SISTEMAS UTILIZADOS PARA POSICIONAMENTO (NAVEGAÇÃO)

INTRODUÇÃO AO SISTEMA GPS Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

Page 9: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

9 9

O GPS é constituído de 3 partes:

Segmento

Espacial

Segmento

dos Usuários

Segmento

de Controle

Page 10: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

10 10

Segmento de

Controle

(estações de

controle

e de monitoramento)

Segmento Espacial

(satélites)

Segmento dos

Usuários

(recpetores)

2 - Estrutura do GPS

Page 11: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

11 11

Satélite GPS

NAVSTAR

Altitude: 20,200 km

Massa: 860 kg (em órbita)

Tamanho: 5 m com painéis solares

Período Orbital: 12 horas

Plano Orbital: 55 graus em relação ao

plano equatorial, matematicamente

perfeito

Tempo de vida útil: 7,5 anos

2 - Estrutura do GPS

Page 12: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

12 12

2 - Estrutura do GPS

Segmento de Controle

Funções:

Responsável pelo monitoramento, geração, correções e avaliação de todo o sistema;

Registro dos sinais GPS;

Medidas meteorológicas;

Cálculo as efemérides dos satélites bem como os coeficientes de correção dos relógios;

Page 13: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

13 13

Constituído por 5 estações terrestres de rastreamento, espalhadas ao redor do mundo e operadas pelo Comando Espacial da Força Aérea dos EUA;

– Estação de controle principal situada em Schriever, Colorado Springs.

Estação de Monitoramento Estação de Controle Central

2 - Estrutura do GPS

Page 14: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

14 14

Segmento dos Usuários

Usuários civis e militares do sistema GPS, para

navegação terrestre, marítima ou aérea;

Os sinais são recebidos pelo receptor GPS (código e

de fase), com base nas freqüências transmitidas pelos

satélites, através de circuitos eletrônicos chamados

canais.

São necessários pelo menos 4 satélites acima do ponto do receptor, condição esta favorecida pela constelação de satélites GPS.

O receptor GPS processa os dados para obter as coordenadas tridimensionais do ponto onde se encontra o usuário.

2 - Estrutura do GPS

Page 15: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

15 15

Elementos Básicos

Os sinais GPS são constituídos de dois elementos básicos:

Ondas Portadoras

Códigos

Page 16: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

16 16

3 - Sinais GPS

Ondas Portadoras

Cada satélite transmite continuamente sinais em ondas portadoras L, com

as seguintes freqüências:

Banda Frequência Descrição

L1 1575.42 MHz

Códigos Coarse-Acquisition (C/A) e Encrypted

Precision (P(Y)), mais L1 civil (L1C) e militar (M)

para futuros satélites

L2 1227.60 MHz Códigos P(Y), L2C e códigos militares para novos

satélites

L3 1381.05 MHz Usado para detecção de detonação nuclear

L4 1379.913 MH

z Estudos de correção ionosférica

L5 1176.45 MHz Proposto para uso civil de segurança

Page 17: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

17 17

3 - Sinais GPS

Ondas Portadoras

Importantes frequências:

Onda Portadora L1: 1.575,42 MHz ( = 19 cm)

Onda Portadora L2: 1.227,60 MHz ( = 24 cm)

Page 18: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

18 18

Códigos de Ruídos Pseudo-Aleatórios (PseudoRandom Noise

Codes) Correspondem a seqüências de +1 e –1, moduladas sobre as portadoras:

Código C/A (clear access ou coarse aquisition): código de acesso livre usado

em receptores civis, com freqüência de 1,023 MHz por milissegundo.

Código P (precise): código de acesso controlado pela estação de controle (pode

ser encriptado), com freqüência de 10,23 MHz em um período de 267 dias.

Pode ser Modulada sobre as fases portadoras L1 e L2.

Código Y: gerado a partir de uma equação secreta (anti-spoofing – A/S) que

criptografa o código P. Esse modo é usado parara causar a degradação

intencional do sinal civil dos satélites GPS.

3 - Sinais GPS

Page 19: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

19 19

Modulação das Portadoras Os códigos são modulados sobre as ondas portadoras, gerando os seguintes

sinais:

código C/A sobre L1

código P sobre L1 e L2

código Y sobre L1 e L2

3 - Sinais GPS

Page 20: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

20 20

Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

Como Funciona:

MODULAÇÃO C/A E P

MODULA P

2 - Estrutura do GPS

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21 21

Características dos Sinais GPS

• Os sinais transmitem uma série de mensagens de navegação, tais como:

– Efemérides, correções dos relógios dos satélites, saúde dos satélites, etc., que são processadas pelos receptores GPS.

• Penetram nevoeiros, chuvas, nevascas, poeiras e tempos instáveis.

• Não consegue atravessar matas densas (absorvido pelas folhas das árvores) e sólidos que possuam alguns centímetros de espessura.

• Leitura dificultada ou inexeqüível nas cidades com grandes edifícios ou nos vales encaixados.

3 - Sinais GPS

Page 22: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

22 22

600

miles

Sinal de 1

Satélite

3 - Sinais GPS

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23 23

Sinal de 2

Satélites

600

mile

s

600

mile

s

3 - Sinais GPS

Page 24: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

24 24

Sinal de 3

Satélites

600

mil

es

600

mil

es

600

mil

es

3 - Sinais GPS

Page 25: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

25 25

INTRODUÇÃO AO SISTEMA GPS Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

Como Funciona:

Page 26: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

26 26

Posição Trimensional

(3D)

3 - Sinais GPS

Page 27: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

27 27

Tipos de Serviço GPS

Serviço de Posicionamento Padrão (SPS – standard positioning

service)

Os usuários acessam aos dados GPS com todos os tipos de

degradação e criptografia. Utiliza o código C/A.

Serviço de Posicionamento Preciso (PPS – precise positioning

service)

Os usuários têm acesso aos dados dos relógios dos satélites não

adulterados, às correções das efemérides e ao código

descriptografado. Utiliza o código P.

Page 28: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

28 28

Tipos de Processamento

SIMPLES DIFERENÇA DE FASE: diferença entre duas puras diferenças para o mesmo satélite;

DUPLA DIFERENÇA DE FASE: diferença entre duas simples diferenças de fase, tomadas para pares de satélites, com pelo menos um participando do cálculo

TRIPLA DIFERENÇA DE FASE: resultado da diferença entre duas observações de dupla diferença de fase, obtidas em tempos diferentes, tomando um mesmo tempo como origem para realizar os cálculos;

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 29: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

29 29

Métodos de Medição

As técnicas de operação e determinação da posição tridimensional (coordenadas planimétricas + altitude) podem ser agrupadas, basicamente, nos seguintes métodos:

– Posicionamento Absoluto

– Posicionamento Relativo

Posicionamento estático

Reocupação

Semicinemático

Cinemático contínuo

Estático-rápido

DGPS - Differential Global Positioning System

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 30: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

30 30

Posicionamento Absoluto • Localização em tempo real do receptor GPS;

• Mede-se simultaneamente as distâncias entre o receptor e três satélites (Posicionamento 2D; somente coordenadas) ou 4 satélites (Posicionamento 3D; coordenadas + altitude) rastreados, conhecendo-se a posição atual de cada satélite.

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 31: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

31 31

Posicionamento Relativo • Em adição ao cálculo do posicionamento absoluto, considera-se os dados de

um segundo ponto de coordenadas conhecidas e fixas sobre o sistema global

de coordenadas.

• Localização em tempo real (uso de link de rádio) ou pós-processada (usa os arquivos de dados de uma estação para corrigir dados coletados pelos receptores móveis);

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 32: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

32 32

Posicionamento Estático

• Dois ou mais receptores fixos (A, B, C, ...) observam os mesmos satélites

durante l hora ou mais, determinando-se as componentes dos raios vetores

definidos pelas estações;

• Cada estação é ocupada até que uma quantidade suficiente de dados tenha

sido coletada para quatro ou mais satélites.

• Aplicação:

Ideal para distâncias maiores que 15 Km;

Implantação, controle e densificação de redes geodésicas;

Estabelecimento de pontos de controle para a Aerofotogrametria

Para vários outros trabalhos de precisão.

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 33: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

33 33

Método de Reocupação • Consiste em ocupar as mesmas estações várias vezes e utilizar todos os dados

coletados para calcular as coordenadas das estações. O tempo recomendado para reocupar uma mesma estação é no mínimo l hora após a ocupação precedente.

• Cada estação é ocupada até que uma quantidade suficiente de dados tenha sido coletada para quatro ou mais satélites.

• Aplicação:

Variação do método estático, para situações em que se tem menos de 4 satélites disponíveis.

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 34: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

34 34

Posicionamento Estático-rápido

• Um receptor é mantido fixo (A) enquanto são feitas medidas rápidas (10 a 20

minutos) em outras estações, sem necessidade de reocupação.

• Aplicação:

Variação do método estático, desenvolvida para bases curtas, menores que 15 km.

Ideal para adensamento de redes e outros trabalhos geodésicos que requerem alta precisão com um tempo menor.

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 35: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

35 35

Posicionamento Semicinemático (Stop-and-Go)

• Um receptor é mantido fixo (A) o outro móvel. Mede-se apenas os pontos

escolhidos pelo operador;

• O método exige que se mantenha a comunicação em modo contínuo com os

satélites durante todo o processo de medição.

• Aplicação:

Em cadastros e serviços topográficos rotineiros, em áreas com poucas obstruções.

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 36: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

36 36

Posicionamento Cinemático Contínuo

• Caso especial do método Stop-and-Go, no qual mede-se a posição relativa dos pontos levantados em um intervalo de tempo pré-definido pelo usuário, com o receptor deslocando-se continuamente.

• Caso o GPS seja equipado com um link de rádio, as ambigüidades podem ser resolvidas em tempo real, caracterizando o método Cinemático em Tempo Real.

• Aplicação:

Utilizada para determinação da trajetória de objetos em movimento;

Levantamento de perfis;

Determinação da posição de barcos e aviões.

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 37: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

37 37

Posicionamento DGPS

• Técnica usada em tempo real ou pós-processamento de medição diferencial,

baseada no uso do código C/A, para remover a maioria dos erros no uso de

GPS, incluindo o S/A, e permitindo alcançar um melhor nível de precisão na

determinação de coordenadas e altitude.

• Um receptor é colocado fixo (GPS

estacionário) em um ponto com

coordenadas conhecido ou previamente

determinadas (estação base), enquanto

outro receptor é móvel.

• Mediante a comparação de valores

obtidos de distância e/ou posição pelo

rastreio dos satélites com os valores

conhecidos na estação fixa, são

encontradas as correções a serem

aplicadas no receptor móvel.

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 38: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

38 38

DGPS

Recptores de Referência

Correções em tempo

real para remover S/A

Mensagem

de

correção

de erro

Receptor Base

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 39: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

39 39

Estação

DGPS

x+30,

y+60

x+5, y-3

Coordenadas verdadeiras = x+0, y+0

Correção = x-5, y+3

Correção DGPS = x+(30-5) and y+(60+3)

Coordenadas verdadeiras = x+25, y+63

x-5, y+3

Receptor DGPS Receptor

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 40: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

40 40

• Aplicação:

Navegação precisa em águas costeiras e aproximação ao porto;

Navegação aérea (paralelamente);

Mapeamento do fundo oceânico;

Hidrografia;

Levantamentos geofísicos;

Calibração de sistemas de retransmissão;

Agricultura de Precisão e outras aplicações.

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 41: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

41 41

Satélite

Geoestacionário

Constelação

GPS

Estação de

Controle (costa

oeste)

Sistema de área

local

Estação de

Controle (costa

leste)

4 - Posicionamento e Medição com GPS

Page 42: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

42 42

Precisão GPS • Depende de algumas variáveis:

Tempo dispendido na medida

Design do receptor

Posição relativa dos satélites (geometria)

Nível do S/A (disponibilidade seletiva)

Uso de técnicas diferenciais

Page 43: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

43 43

Sem exatidão,

sem precisão

Exatidão x Precisão

Precisão,

sem exatidão

Exatidão, com

precisão moderada

Exatidão,

com precisão

5 – Precisão e Erros

Page 44: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

44 44

Precisão X Método

Método Tempo de Observação Precisão

Posicionamento

absoluto em um

ponto

30 – 60 segundos SPS: 5 – 30 m

PPS: 1 – 5 m

Estático 1 – 4 horas 5 mm + 1 ppm

Rápido estático 10 a 20 minutos 1 cm + 1 ppm

Stop and Go 10 a 20 segundos 10 cm – 20 cm

Cinemático 1 segundo 10 cm – 1 m

DGPS Tempo real 1 m – 3 m

5 – Precisão e Erros

Page 45: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

45 45

Fontes de Erro que Afetam os Dados GPS • Atraso da ionosfera

• Atraso da troposfera

• Erro de relógio

• Erros induzidos:

– Disponibilidade seletiva (S/A)

– Antispoofing (A/S)

• Cut-Off –Angle

• Ruídos no receptor

• Multicaminhamento

• Diluição da precisão (coeficiente

DOP)

• Perda de ciclos

5 – Precisão e Erros

Page 46: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

46 46

Atraso da Ionosfera Região entre 100 – 1.000 km, caracterizada pela presença de elétrons livres;

Afeta a modulação do código P (atraso das medidas da pseudodistância) e o

avanço equivalente da medida da fase portadora.

Fatores: hora do dia, da estação do ano, da latitude, do período dentro do

ciclo das explosões solares.

Troposfera Região gasosa da atmosfera

(vapores de água seca e úmida),

que se estende da superfície

terrestre até próximo dos 40 km

de altura.

Causa o atraso na transmissão

de sinal.

Fatores: temperatura, umidade

e pressão, que variam com

altitude do local.

Espaço sem

distúrbio

Distúrbio

Ionosfera

Troposfera

5 – Precisão e Erros

Page 47: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

47 47

Erro do Relógio Os sinais transmitidos pelos satélites GPS são controlados por relógios atômicos, que influenciam diretamente a precisão no posicionamento (Tempo GPS).

Tipos de Erros:

Relógio do Satélite: diferença entre o tempo do satélite e o tempo do sistema GPS.

Relógio Receptor: diferença entre o tempo recebido e o tempo do sistema GPS.

Erro estimado: ~ 3,5 m.

Teoria Geral da Relatividade

Relógios nos satélites batem 38 microsegundos mais rápido que no solo.

Satélites decolam com relógio mais lento para contrapor o efeito da relatividade.

Erro estimado se não fosse contado o efeito: 10 km por dia

5 – Precisão e Erros

Page 48: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

48 48

Erros Induzidos Disponibilidade Seletiva (selective avaliability - S/A): degradação intencional (segurança) imposta aos sinais GPS, que é realizada através da manipulação dos dados das efemérides transmitidas (degradação de parâmetros orbitais) e dos relógios dos satélites (degradação de um dos coeficientes de correção do relógio).

Antispoofing (A/S): consiste na criptografia do código P, transmitido pelas portadoras L1 e L2, transformando-o em código Y, que não é acessível aos usuários civis.

5 – Precisão e Erros

Page 49: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

49 49

Diluição da Precisão (coeficiente DOP)

Denomina, coletivamente, os fatores que descrevem a propagação dos erros em função da disposição geométrica dos satélites.

Determina, em uma escala padronizada (adimensional), se a geometria espacial dos satélites pode ser considerada boa, isto é, indica o melhor ou o pior momento para obter uma posição (no intervalo entre l e 10; sendo l, o melhor valor do DOP e l0, o pior).

Estes números DOP são inversamente proporcionais ao volume do corpo sólido gerado pêlos satélites e o ponto a determinar. Dessa forma, quanto maior o volume, menor o DOP.

5 – Precisão e Erros

Ruído no Receptor Imprecisões na medida da portadora ou do código, devido ao

ruído no receptor.

Erro estimado: < 1,0 m.

Page 50: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

50 50

Componentes:

HDOP - influência da geometria dos satélites nas coordenadas planimétricas;

VDOP - definição das altitudes;

PDOP - na posição tridimensional (Latitude, Longitude e altitude);

TDOP - na definição do tempo;

GDOP - na definição da posição (Latitude, Longitude, altitude) e o tempo.

RDOP - medida relativa do DOP para uma base ou vetor.

5 – Precisão e Erros

Page 51: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

51 51

GEOMETRIA IDEAL

DE SATÉLITES

N

S

W E

5 – Precisão e Erros

Page 52: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

52 52

W E

S

N

GEOMETRIA RUIM

DE SATÉLITES

5 – Precisão e Erros

Page 53: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

53 53

Cut-Off-Angle

Refere-se ao ângulo de posicionamento dos satélites em relação ao horizonte. Deve-se considerar apenas os satélites localizados 15 acima do horizonte.

5 – Precisão e Erros

Page 54: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

54 54

Multicaminhamento

Erro gerado pela reflexão indesejada do sinal GPS (horizontais, verticais

ou inclinadas) em superfícies próximas à antena receptora, ocasionando

o fenômeno da recepção e sobreposição de sinais refletidos.

5 – Precisão e Erros

Page 55: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

55 55

Atmosfera Terrestre

Estruturas

Sólidas

Metal

Campos

Eletro-

magnéticos

5 – Precisão e Erros

Page 56: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

56 56

Perda de Ciclos Constitui um salto na computação da portadora de fase, ocasionado

variação instantânea na ambigüidade

Causas:

Bloqueio temporário de sinais devido à presença de obstáculos como

árvores, edifícios, pontes, montanhas, etc.;

Ocorrência de sinais fracos devido às más condições ionosféricas,

multicaminhamento, deslocamentos bruscos das antenas receptoras

ou satélites de baixa elevação;

Falha no programa do receptor;

Informação enviada pelo satélite incompleta ou incorreta;

Mal funcionamento dos osciladores dos satélites.

5 – Precisão e Erros

Page 57: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

57 57

Planejamento da Operações Envolve um reconhecimento dos locais de modo a otimizar os trabalhos de leitura.

Aspectos observados:

Abertura máxima do horizonte livre de obstruções ao sinal;

Horários em que os indicadores da geometria (DOPs) sejam menores (recomenda-se inferior a 4, podendo-se admitir até 6 em curtos períodos);

Localização o mais distante possível de superfícies refletoras do sinal, de modo a evitar o multicaminhamento;

Em latitudes baixas (+/- 10 graus de latitude), evitar o rastreamento em horários próximos ao meio dia, principalmente nos rastreamentos geodésicos de maior precisão;

Evitar posicionar a antena receptora sob fios de alta tensão ou próximos a antenas transmissoras/receptoras de rádio, TV, ou subestações de energia e outros.

5 – Precisão e Erros

Page 58: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

58 58

RBMC – Rede Brasileira de Monitoramento

Contínuo do Sistema GPS

Sob responsabilidade do IBGE;

Conjunto integrado de 9 estações distribuídas no território brasileiro;

Estabelecida para eliminar a necessidade de o usuário imobilizar um receptor em um ponto que, muitas vezes, oferece grandes dificuldades de acesso para as estações;

A operação das estações da RBMC é totalmente automatizada e permite ao interessado obter, com GPS, as coordenadas geodésicas de um ponto qualquer do território nacional.

Dados comercializados através do Centro de Documentação e Disseminação de informações (CDDI) do IBGE no Rio de Janeiro, através do site www.ibge.gov.br ou pelo telefone 0800-218181

Page 59: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

59 59

Sistema Padrão Adotado pelo GPS

WGS-84 – World Geodetic System

Parâmetros Valores

Semi-eixo maior a = 6.378.137,000 m

Achatamento geométrico f = 1/298,257223563

Coeficiente zonal de segundo

grau J2 = 1082630.10-9

Velocidade angular da terra = 7292115.10-11 rad/s

Constante gravitacional

terrestre = 3986005.108 m3/s2

As medidas GPS devem ser

transformadas para o sistema

de referência de cada país.

Coordenadas Planialtimétricas

No Brasil:

SAD-69

Page 60: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

60 60

Altimetria

• Altitude Elipsoidal: referente ao WGS-84.

7 – Sistema de Referência GPS

• Altitude Ortométrica: referente ao Geóide.

Page 61: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

61 61

Informações fornecidas pelo GPS:

Posição tridimensional (navegação 3D): coordenadas planimétricas (latitude e longitude) e altitude, em relação a um modelo matemático da Terra;

Velocidade

Azimute

Hora

Distâncias

Visibilidade Lunar

Etc.

Informações derivadas,

principalmente, das variáveis

tempo e posição.

Page 62: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

62 62

Custo

• O custo dos receptores depende dos seguintes parâmetros:

Potencial do processador

Número de canais

Portabilidade

Robustez para operar em condições adversas

Qualidade dos componentes

• Exemplos:

Receptores básicos com 6 a 12 canais (em geral com entrada de track e waypoint): ~ $ 100;

Com opção para carregar mapa no monitor: ~ $ 150;

Combinação receptor GPS e telefone celular: ~ $ 350;

Com qualidade para levantamentos de campo: $ 1000, com tracking carrier, receptor FM para correções diferenciais e porta RS232 para PC para processamento em tempo real ou posterior;

Padrão militar: $ 10,000

9 – Receptores GPS

Page 63: Aula08 geo pg_sens_remoto_gps

63 63

4

3

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Receptor de 1 canal

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Receptor de canal paralelo

4

3

1- 4

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Tipos de Equipamentos Em função da portabilidade

Portáteis: peso inferior a l kg, têm antena, bateria e teclados como um único

instrumento.

Semiportáteis: têm antena separada, possuindo, em média, mais de 3 kg.

Fixos: para uso marítimo, atividades no campo (outdoor) ou na cidade, aviação e

cartografia.

9 – Receptores GPS

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66 66

Em função dos objetivos de precisão e investimento:

Navegação: fornecem posicionamento em tempo real, baseado no código C/A ou P.

DGPS: utiliza dados de correções diferenciais provenientes de uma estação base para eliminar o erro S/A do GPS; é necessário pagar a empresa que mantém as estações de correção para se ter acesso ao arquivo de dados via Internet. Há duas variações:

Com um link de rádio: utilizado para receber em tempo real as correções diferenciais.

Sem esse link de rádio o processamento é feito em escritório através de software específico.

Cadastral: possui capacidade de aquisição e armazenamento de dados alfanuméricos associados às feições espaciais levantadas (ponto, linha e área), permitindo realizar cadastros para GIS. Necessita de pós-processamento dos dados de correções diferenciais. Utilizado para levantamentos em escala 1:5.000 ou menor.

Topográfico: similares aos anteriores porém mais robustos e com equipamentos apropriados para levantamentos topográficos de campo (tripés, bastões, etc.) que permitem aquisição de dados para escalas de 1:2.000 ou menor.

Geodésico: são aparelhos de dupla freqüência, recebendo L1 (+ código C/A) e L2 (+ código C/A ou P), sofrem menos interferência da ionosfera e possuem recursos eletrônicos sofisticados para resolver rapidamente as ambigüidades. São indicados para trabalhos geodésicos como transporte de coordenadas e controle de redes.

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Tipo Precisão Preço (R$)

Navegação SPS: 30 –100 m

PPS: 3 a 10 m 300 – 1.000

DGPS 1 – 3 m 3.000 – 12.000

Cadastral 10 cm – 1 m 20.000 – 30.000

Topográfico 1 cm 30.000 – 60.000

Geodésico 5 mm 70.000 – 90.000

Consultar

Internet

9 – Receptores GPS

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Companhias de GPS

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69 69

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Planejando

uma rota

de

navegação

Início = Waypoint

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Chegada

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MÉTODOS DE POSICIONAMENTO Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES

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ANDRADE, J.B., NAVSTAR-GPS. Curso de Pós-Graduação em Ciências

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BERALDO, P. ; SOARES, S.M. (1995): GPS INTRODUÇÃO E APLICAÇÕES

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BLITZKOW. D., - NAVSTAR/GPS - A situação presente e as perspectivas

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Especificações e Normas Gerais Para Levantamentos GPS. Versão

Preliminar de fevereiro/1993 - Fundação IBGE

LEICH, A. : GPS SATELLITE SURVEYING - A WILEY-INTERSCIENCE

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ROCHA, M. R. José Antônio. GPS - Uma Abordagem Prática - 2ª edição

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DIRETORIA DO SERVIÇO GEOGRÁFICO, ANUÁRIO N° 30, BRASÍLIA, DF.

BIBLIOGRAFIA Laboratório de Topografia e Cartografia - CTUFES