GPS Aplicações topográficas e geodésicas Prof. Artur Caldas Brandão Escola Politécnica - UFBA

GPS Aplicações topográficas e geodésicas Prof. Artur Caldas Brandão Escola Politécnica - UFBA acaldas@ufba.br Salvador-BA 2009

Prof. Artur Caldas Brandãoacaldas@ufba.br Formação: Doutorado em Engenharia / Cadastro Territorial – UFSC - 2003 Mestrado em Ciências Geodésicas – UFPR – 1996 Engenheiro Agrimensor – EEEM/BA – 1984/87 Técnico em Agrimensura – EMARC-UR – 1982/83 Atividades na UFBA (desde 1992): Departamento de Transportes – Escola Politécnica Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – LABGEO Mestrado em Engenharia Ambiental Urbana (MEAU) www.geodesia.ufba.br Área de atuação:cadastro territorial - geodésia - topografia - cartografia - GPS mapeamentos - MNT - geoprocessamento - GIS/SIG Instrutor e coordenador de dezenas de cursos de extensão sobre GPS e geotecnologias na UFBA Colaborador da Norma Técnica de Georreferenciamento de Imóveis Rurais (INCRA, 2003) Membro do GT Reforma Cadastral (2008/2009) INCRA/RFB/Universidades(UFPE-UFSC-UFBA) Coordenador PROEXT/MEC/Cidades / UFBA – capacitação em geoprocessamento para prefeituras

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Como se localizar em qualquer ponto do planeta e em qualquer instante? Desafio ! Antigo problema ! GPS / GNSS solução atual – tem limitações

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Perfil da turma GPS - Aplicações topográficas e geodésicas Formação acadêmica dos participantes Necessidades em posicionamento e mapeamento Acesso a internet Utilizam GPS: Navegação Topográfico / geodésico Nunca usaram Participaram de curso sobre GPS Expectativas quanto ao curso

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão NAVSTAR - GPS NAVigation System with Time and Ranging - Global Positioning System GNSS Global Navigation Satellite System (GPS + GLONASS + GALILEO + ...)

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Conteúdo do curso: Parte teórica: 1 Fundamentos de Geodésia. 1.1 Histórico, definição e finalidades da geodésia. 1.2 Forma da Terra – modelo plano, modelo esférico, modelo elipsóidico, geóide. 1.3 Coordenadas cartesianas, esféricas e elipsóidicas. 1.4 Sistema geodésico de referência - planimétrico e altimétrico, geocêntrico e topocêntrico. SAD-69, Córrego Alegre, WGS-84, SIRGAS, outros. 1.5 Sistema Geodésico Brasileiro – datum planimétrico, datum altimétrico. Redes de referências geodésicas. 2 Fundamentos de Cartografia. 2.1 Mapeamento - precisão posicional, mapeamento sistemático, qualidade cartográfica. 2.2 Sistemas de projeções cartográficas. 2.3 Sistema de projeção Universal Transversa de Mercator (UTM) – definição, características, fator de deformação linear, convergência meridiana. 3 Cálculos geodésicos. 3.1 Conexão entre sistemas geodésicos – transformações de coordenadas entre sistemas geodésicos. 3.2 Transformações entre coordenadas geodésicas elipsóidicas e coordenadas planas cartesianas do sistema UTM. 3.3 Transporte de coordenadas geodésicas elipsóidicas - problemas direto e inverso da geodésia. 3.4 Transporte de coordenadas planas cartesianas no sistema UTM. 4 Levantamentos geodésicos / posicionamento com GPS. 4.1 Finalidades dos levantamentos geodésicos – redes de referência, mapeamento topográfico, sistemas de informações geográficas. 4.2 Mapeamento georreferenciado. 4.3 Posicionamentos através de satélites artificiais - GPS, Glonass, Galileo, outros. 4.4 Posicionamento através do GPS – concepção do GPS, configuração do sistema, tipos de receptores métodos absoluto e relativo, levantamentos planimétricos e altimétricos, erros envolvidos, correções, vantagens e restrições, aplicações.

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Conteúdo do curso: Parte prática: 1 Exercícios - cálculos geodésicos 2 Prática de posicionamento GPS com receptores de navegação. 3 Prática de posicionamento GPS com receptores geodésico / topográfico. 4 Processamento dos dados GPS (posicionamento relativo) através de softwares específicos.

Engenharia de Agrimensura e Cartográfica Topografia Geodésia Laser Scanner GPS

Engenharia de Agrimensura e Cartográfica - um pouco de história O mais antigo mapa conhecidoCatal Hjük, Anatólia, Asia, ~6300 a.C. Agrimensura cadastral sacerdotes egípcios (5000 a.C.)

Engenharia de Agrimensura e Cartográfica - um pouco de história Ajustamento por Mínimos Quadrados 1794 – Gauss Triangulação geodésica de Hannover Agrimensura e cartografia - Brasil

Engenharia de Agrimensura e Cartográfica - um pouco de história Base e o primeiro triângulo da rede geodésica na região do Rio Ipanema, vila de Campo Largo (Sorocaba-SP) Trabalho pioneiro no Brasil realizado por Theodoro Sampaio - 1886 Fonte: Cintra, USP.

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Sistema de Referência Geodésica Forma da terra Modelo plano Modelo esférico Modelo elipsóidico

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Forma da Terra - histórico - concepção esférica Pitágoras (580 - 500 aC) concepção filosófica - Terra esférica - sólido regular perfeito Aristóteles (384 - 322 aC) mensiona dimensão da Terra esférica: C 63000km a 84000km - não indica o método Archimedes (~250 aC) mensiona dimensão da Terra esférica: C 47000km a 63000km - não indica o método Eratosthenes (235 - 195 aC) medição da circunferência terrestre: C 39400km a 52500km Poseidonius (~100 aC) - C 35000km - observações astronômicas Ptolomeu (100 - 178 dC) - pai da cartografia - grande influência na Europa C 28350km (R 4512km) I-Hsing (724 dC) - C 56700km (R 9024km) - observações astronômicas Al Mamum (820 dC) - C 39986km (R 6363km)

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Forma da Terra - histórico - concepção esférica Eratosthenes (235 - 195 aC) medição da circunferência terrestre: C 39400km a 52500km http://paginas.terra.com.br/arte/fisiklain/Diapositivo5.jpg http://www.iep.uminho.pt/aac/hsi/a2002/trigo/IMAGES/eratierra.gif

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Forma da Terra - histórico - concepção elipsóidica 1620 Snellius - medição de arco de meridiano - triangulação geodésica 1600 - 1700 Cassini - achatamento equatorial Newton - achatamento polar 1730 Academia de Paris - medição de arco de meridiano próximo do equador (Peru / Equador) R=6376,45km próximo do pólo (Suécia / Finlandia) R=6355,88km Hayford (1909) :raio equatorial - a=6378388m ; raio polar - b=6356919m SAD-69 (1967) : raio equatorial - a=6378160m ; raio polar - b=6356774,719m

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Coordenadas geodésicas espaciais no elipsóide j – latitude geodésica (graus) l – longitude geodésica (graus) h – altitude elipsoidal (metros)

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Sistema de coordenadas geocêntricas no elipsóide X, Y, Z Coordenadas cartesianas espaciais Origem – centro de massa da Terra Eixos X e Y - plano equatorial Eixo Z - coincide com eixo de rotação Eixo X - passa no meridiano de Greenwich Coordenadas em metros

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão DATUM WGS-84 SAD-69 a 6.378.137,000m 6.378.160,000m b 6.356.752,310m 6.356.774,719m f=(a-b)/a 1/298,257m 1/298,25m b a • Cada país ou região, adota um datum geodésico • O SGB adota o SAD-69 (South American Datum of 1969) – topocêntrico, e o SIRGAS - geocêntrico - 2004 • O sistema GPS adota o “World Geodetic System de 1984” (WGS-84) • SIRGAS WGS-84 – nas aplicações gerais

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Diferentes modelos matemáticos da forma da Terra (elipsóides) para representar diferentes regiões da superfície terrestre

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Variação do valor da latitude de um ponto

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Mapa Salvador – escala original 1/2000 P P 8562000m 551600m 551600m Sistema geodésico: Córrego Alegre / Hayford P (E=551567m ; N=8562048m) Sistema geodésico: SAD-69 P (E=551608m ; N=8562086m)

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Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Diferença entre SAD-69 e SIRGAS

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Coordenadas plano-retangulares no sistema UTM Marco geodésico MR-00139 (Escola Politécnica/UFBA – Salvador-BA)

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Sistema Geodésico Brasileiro Antigo - topocêntrico Ponto datum altimétrico em Imbituba-SC Ponto datum planimétrico em Córrego Alegre Superfície de referência: Elipsóide de Hayford a=6378388m b=6356919m Atual - topocêntrico Ponto datum altimétrico em Imbituba-SC Ponto datum planimétrico em Chuá Superfície de referência: Elipsóide SAD-69 a=6378160m b=6356774,719m Atual – geocêntrico SIRGAS (2000) / WGS-84 Ponto datum altimétrico em Imbituba-SC Superfície de referência: WGS-84 a=6.378.137m b=6.356.752,310m • Diferenças nas coordenadas dos diferentes sistemas geodésicos usados no Brasil: • Significativo em mapas com • Escalas > 1:250.000

Deslocamento da posicão de um ponto devido ao sistema geodésico adotado

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Torre BILBY para medição geodésica Fonte: IBGE

GPS APLICADO AO GERENCIAMENTO DE IMÓVEIS RURAIS Prof. Artur Caldas Brandão - Prof. José Edilton de Andrade Moura Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica - Laboratório de Geomensura

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Portugal Rede geodésica 1ª ordem Precisão planimétrica: +/- 3cm Precisão altimétrica: +/- 3cm

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Projeções cartográficas Problema básico da cartografia: transformar superfície curva superfície de referência esfera - elipsóide Superfície plana superfície de projeção cilindro - cone - plano DISTORÇÕES OS SISTEMAS DE PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS PODEM SER: EQUIVALENTE - mantém a área CONFORME - mantém a forma AFILÁTICO - distorções na forma e na área

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Como representar a Terra “esférica”, em mapas planos? Adotar uma superfície de referência (elipsóide) Relação matemática permite transformar a superfície de referência para torná-la plana Estabelecer um sistema de coordenadas plano

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Projeções cartográficas

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Sistema de projeção UTM

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Projeção UTM Sp>Se Sp<Se Sp<Se Sp>Se Fator linear de escala K = Sp / Se Sp: comprimento no plano UTM Se: comprimento no elipsóide Convergência meridiana Fórmula aproximada  =  * sen() ; = o- 

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão ProGriD / IBGE Aplicativo p/ transformações de coordenadas Córrego Alegre (1961): latitude / longitude e UTM (E, N). Córrego Alegre (1970+1972): latitude / longitude e UTM (E, N). SAD69 Rede Clássica: latitude / longitude e UTM (E, N). SAD69/96 Rede Clássica: latitude / longitude e UTM (E, N). SAD69 Técnica Doppler/GPS: latitude / longitude / altura geométrica, Cartesianas (X, Y, Z) e UTM (E, N). SIRGAS2000: latitude / longitude / altura geométrica, Cartesianas (X, Y, Z), e UTM (E, N).

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Exercícios: Localizar marcos geodésicos SICAR – CONDER SICAD – PMS IBGE Cálculos geodésicos Transformações de coordenadas Distâncias e azimutes no plano UTM e no elipsóide

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão GEORREFERENCIAMENTO AO SISTEMA GEODÉSICO BRASILEIRO

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Situação do mapeamento sistemático no Brasil

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Como se localizar em qualquer ponto do planeta e em qualquer instante? Desafio ! Antigo problema ! GPS / GNSS solução atual – tem limitações

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Geodésia Geodésia Espacial Posicionamento por Satélites O início ... 04/10/1957 - SPUTNIK I (primeiro satélite artificial - URSS) TIPOS DE SATÉLITES ARTIFICIAIS: de comunicações meteorológicos estações espaciais imageadores geodésicos / posicionamentos

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão SISTEMAS DE NAVEGAÇÃO GNSS (Global Navigation Satellite System) NNSS-TRANSIT: marinha USA - desativado NAVSTAR-GPS: USA - em operação COMPASS / BEIDOU: China em operação na China geoestacionário GALILEO: EU – em desenvolvimento teste em 2007 GLONASS: Rússia - em operação

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão Sobre o GPS ...

Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica LABGEO - Laboratório de Geomensura Theodoro Sampaio – www.geodesia.ufba.br Prof. Artur Caldas Brandão HISTÓRICO do GPS: 1973 - primeiros estudos 1978 - lançamento dos três primeiros satélite 1988 - Primeiros testes do GPS no Brasil (Amazônia e Bacia de Campos-RJ) SET/1994 - pleno funcionamento do sistema

GPS Aplicações topográficas e geodésicas Prof. Artur Caldas Brandão Escola Politécnica - UFBA