GPS Conceitos Básicos

1. GPS Conceitos Básicos Universidade Federal de Viçosa Departamento de Engenharia Agrícola Grupo de Agricultura de Precisão

2. O que é GPS • Sistema de Posicionamento Global. • Controlador:Departamento de defesa EUA. • Originalmente militar, disponibilizado para uso civil na década de 90. • Baseado em Satélites. • Latitude/Longitude/Altitude/Hora • GLONASS - sistema russo, equivalente ao GPS (menor número de satélites, mais voltado para a parte oriental do globo).

3. Funcionamento do Sistema • 24 satélites, órbitas em torno de 20.000 km. • Pelo menos 4 satélites disponíveis 24 h por dia em qualquer ponto da superfície terrestre.

4. Funcionamento do Sistema • Satélites com órbitas conhecidas. • Posição calculada pelo tempo entre a saída do sinal do satélite e a chegada no receptor. • Distância = velocidade x tempo. • Velocidade aproximadamente igual à velocidade da luz (3x108 m/s).

5. Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição Com 1 satélite: Estamos em algum ponto sobre a esfera 20.000 km 4 incógnitas: Latitude Longitude Altitude Hora

6. 20.000 km 21.000 km Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição Com 2 satélites: Interseção: circunferência

7. Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição Com 3 satélites: A interseção de três esferas são só dois pontos Um quarto satélite permite resolver o problema do relógio - é o que ocorre na prática.

8. Coordenadas Geográficas • Latitude: ângulo entre um paralelo e o equador, varia de -90º (S) a +90º (N). • Longitude: ângulo entre o meridiano de Greenwich e outro meridiano, varia de -180º (W) a +180º (E).

9. Coordenadas UTM • Divisão globo em 60 zonas, a cada 6º longitude • Unidade: metros • Meridiano Central = 500.000 m. E • Equador = 0 m. N (hemisfério Norte) = 10.000.000 m. N (hemisfério Sul)

10. Datum • Parâmetros e pontos de controle utilizados para definir a forma tridimensional da terra. • WGS 84 - Datum global, utilizado pelo GPS. • SAD 69 - Datum utilizado para o Brasil. Elipsóide:Modelo matemático que define a superfície da terra, sendo que cada região possui um melhor ajustado. Geióde: Superfície de mesmo potencial gravitacional (equipotencial) melhor adaptada ao nível médio dos mares. Geóide Elipsóide

11. SAD-69 x WGS-84 • Coordenada UTM do marco DEA

12. O Sinal GPS

13. O Sinal GPS • O satélite GPS gera duas freqüências portadoras: L1 e L2 • A freqüência L1 traz embutido o código CA, disponível para uso civil. • A freqüência L2 traz o código P - uso militar. • Quase todos os receptores GPS utilizam exclusivamente o código CA e a portadora L1.

14. Medição do Tempo Usa o mesmo código no satélite e no receptor, gerando o mesmo código ao mesmo tempo; Quando o código chega do satélite se conhece quanto tempo atrás o receptor gerou o mesmo código. Tempo medido pela diferença entre as mesmas partes do código do satélite do receptor

15. Quem usa código C/A ? • Navegação • SIG • Levantamentos • Topografia • Aplicações com precisão entre < 1 e 5 metros

16. SEGMENTOS GPS Segmento Espacial Estações de Monitoramento Segmento do Usuário Colorado Springs Segmento de Controle

17. Segmento Espacial • 24/25 satélites na constelação final • 6 planos com inclinação 55° • em cada plano 4 satélites • Órbita muito alta • 20.183 km • período aprox. 12 horas • precisão • grande autonomia • cobertura global

18. Tipos GPS Navegação - erros em torno de 20m.

19. Tipos GPS Topográficos - erros abaixo de 1m.

20. Tipos GPS Geodésicos - erros abaixo de 1 cm.

21. Tipos receptores GPS • Os receptores mais exatos (“geodésicos”) analisam o código P e a portadora (onda) L1 e L2. • Todos os receptores para exatidão em torno de 20m necessitam de correção diferencial.

22. Correção Diferencial • Utilização de dois receptores funcionando simultaneamente, sendo que um permanece fixo (BASE) e outro é o móvel. • A base deve estar instalada em ponto de coordenada conhecida. • Princípio: como estão rastreando os mesmos satélites, no mesmo instante, o erro que for obtido na base será o mesmo para o móvel, permitindo ao software corrigir essa posição.

23. Correção Diferencial • Correção pós-processada: • A base e o móvel gravam os dados, os dados são transferidos para o computador após o levantamento e processados. • Correção em tempo real: • A base envia ao móvel o sinal de correção instantaneamente, via link de rádio. • “Correção por satélite”: os dados de correção são enviados para o móvel utilizando-se satélites - muito utilizado em agricultura de precisão.

24. Diluição da Precisão Um indicador da estabilidade na posição resultante DOP depende da geometria da constelação Menor DOP --> posição mais precisa Maior DOP --> posição menos precisa • HDOP = DOP horizontal • VDOP = DOP vertical • PDOP = DOP da posição, refere-se à geometria instantânea dos satélites

25. Vantagens do GPS • Rapidez nos levantamentos; • Os pontos não precisam ser visíveis entre si; • Qualidade dos serviços e precisão; • Grande integração com SIG; • Baixo custo do levantamento; • Coordenadas e altitude reais; • Facilidade de operação; • Trabalho de dia ou à noite, em qualquer condição de tempo.

26. Sinal direto Sinal refletido Sinal bloqueado Limitações do GPS • Dificuldade para trabalho em áreas urbanas ou com obstruções físicas - multicaminhamento. • Levantamento de pequenas áreas. • Levantamentos altimétricos.

27. Aplicações do GPS • Navegação aérea, marítima e terrestre; • Levantamentos topográficos e geodésicos; • Mapeamento; • SIG; • Orientação de máquinas; • Monitoramento de veículos; • Agricultura de precisão; • etc....

28. Agricultura de Precisão Mais Alimentos com Menor Poluição do Meio Ambiente “A Agricultura que Precisamos” Varella, 2000 Grupo de Agricultura de Precisão UFV - DEA