GPS Conceitos Básicos Universidade Federal de Viçosa Departamento de Engenharia Agrícola Grupo de...
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GPSConceitos Básicos
Universidade Federal de ViçosaDepartamento de Engenharia Agrícola
Grupo de Agricultura de Precisão
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
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).
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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.
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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).
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Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição
20.000 km
4 incógnitas: Latitude Longitude Altitude Hora
Estamos em algum ponto sobre a esfera
Com 1 satélite:
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Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição
Interseção:circunferência
Com 2 satélites:
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20.000 km
21.000 km
Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição
Um quarto satélite permite resolver o problema do relógio - é o que ocorre na prática.
Com 3 satélites: A interseção de três esferas são só dois pontos
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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).
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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) UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
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
Geóide
Elipsóide:Modelo matemático que define a superfície da terra, sendo que cada região possui um melhor ajustado.
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Geióde: Superfície de mesmo potencial gravitacional (equipotencial) melhor adaptada ao nível médio dos mares.
SAD-69 x WGS-84 Coordenada UTM do marco DEA
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Datum Leste(X) Norte(Y) Altura(Z)
SAD-69 721564,498 7701820,194 675,316
WGS-84 721520,710 7701775,634 672,938
Diferença 43,788 44,560 2,378
O Sinal GPS
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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.
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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.
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do satélite
do receptor
Tempo medido peladiferença entre as mesmas partes do código
NavegaçãoSIGLevantamentosTopografiaAplicações com precisão entre < 1 e 5 metros
Quem usa código C/A ?
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SEGMENTOS GPSSegmento Espacial
Segmento do Usuário
Segmento de Controle
Colorado Springs
Estações deMonitoramento
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24/25 satélites na constelação final
6 planos com inclinação 55°
em cada plano 4 satélitesÓrbita muito alta
20.183 kmperíodo aprox. 12 horasprecisão grande autonomiacobertura global
Segmento Espacial
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Tipos GPSNavegação - erros em torno de 20m.
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Tipos GPSTopográficos - erros abaixo de 1m.
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Tipos GPSGeodésicos - erros abaixo de 1 cm.
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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.
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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.
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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.
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Diluição da Precisão
Um indicador da estabilidade na posição resultante
DOP depende da geometria da constelaçãoMenor DOP --> posição mais precisaMaior DOP --> posição menos precisa• HDOP = DOP horizontal• VDOP = DOP vertical• PDOP = DOP da posição, refere-se à
geometria instantânea dos satélites
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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.
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Limitações do GPS• Dificuldade para trabalho em áreas urbanas ou
com obstruções físicas - multicaminhamento.
• Levantamento de pequenas áreas.• Levantamentos altimétricos.
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Sinal direto
Sinal bloqueado
Sinal r
eflet
ido
Aplicações do GPS• Navegação aérea, marítima e terrestre;• Levantamentos topográficos e geodésicos;• Mapeamento;• SIG;• Orientação de máquinas;• Monitoramento de veículos;• Agricultura de precisão;• etc....
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Agricultura de PrecisãoAgricultura de Precisão
Mais Alimentos com Menor Poluição Mais Alimentos com Menor Poluição do Meio Ambientedo Meio Ambiente
““A Agricultura que Precisamos”A Agricultura que Precisamos”
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Mais Alimentos com Menor Poluição Mais Alimentos com Menor Poluição do Meio Ambientedo Meio Ambiente
““A Agricultura que Precisamos”A Agricultura que Precisamos”
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Grupo de Agricultura de Precisão
UFV - DEA
Varella, 2000