INTRODUÇÃO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL - GPS

1. INTRODUÇÃO AO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL - GPS

2. Luciana Suaid Tomazi Vasco – IBGElutomazi@ibge.gov.br

3. Por que GPS?

4. HISTÓRICO • Senso natural de orientação do Homem • Orientação por recursos naturais: Sol, estrelas, acidentes topográficos, ventos...

5. N • Rosa dos Ventos de 600 AC até sec. XV • Bússola W E S

6. Desenvolvimento da Geodésia e da cartografia • Computadores • Estações totais • Sistemas de informações geográficas (SIG) • Cad’s • Sistema de Posicionamento Global (GPS)

7. Observações de satélites artificiais • Iniciada nos anos 60 • Navegação e Posicionamento • O que ser quer: posição de um ponto

8. Conceitos Básicos Terra 

9. Cartografia Ciência e a arte de expressar graficamente, por meio de mapas e cartas, o conhecimento humano da superfície terrestre.

10. Geodésia Ciência que determina, através de observações, a forma e o tamanho da terra, as coordenadas dos pontos, comprimentos e direções de linhas da superfície terrestre, e as variações da gravidade terrestre.

11. A Geodésia é divida em: • Geodésia geométrica • Geodésia física • Geodésia por satélite ou celeste

12. Superfície Física Geóide Elipsóide Superfície física, Geóide e Elipsóide

13. b a Elipsóide de Revolução Equador

14. Latitude (F) Medida pelos paralelos 0° na linha do Equador Varia de +90° à -90° Ao norte do Equador:+ Ao sul do Equador : - Longitude (l) Medida pelos meridianos 0° no Meridiano de Greenwich Varia de +180° à -180° Oeste de Greenwich : - Leste de Greenwich : + Coordenadas Geográficas Posição de ponto: Latitude e Longitude

15. PN Latitude Longitude F Equador Meridiano de Greenwich l Esquema da Latitude e Longitude

16. Referencial Altimétrico

17. Coordenadas Cartesianas Ao elipsóide está associado um sistema cartesiano ortogonal, formado pelos eixos X, Y e Z. Um ponto sobre a superfície terrestre tem coordenadas cartesianas geocêntricas, que podem ser expressadas em latitude, longitude e altitude e vice-versa.

18. Coordenadas Cartesianas e Geodésicas

19. Sistemas de Referência • Datum Superfície de Referência • Datum Horizontal • Datum Vertical • Datum Horizontal um elipsóide e um ponto de referência • IBGE Sistema Geodésico Brasileiro SGB (www.ibge.gov.br/geodesia)

21. Datum Oficial Brasileiro (1977) – SAD 69 • Elipsóide ERI 67 (Elipsóide de Referência Internacional de 1967) • Vértice : Chuá – MG ( geóide = elipsóide) • SIRGAS 2000 • Decreto Nº 5334/2005, assinado em 06/01/2005 • Elipsóide GRS 80 (Sistema de Referência Geodésico de 1980) • Consistente, global e geocêntrico • Centro do Elipsóide = centro de massa da Terra

22. Nos próximos 10 anos serão Datuns oficiais : • SIRGAS, SAD 69 e Córrego Alegre (só para o SCN) • Datum GPS – WGS 84 • Elipsóide GRS 80 (Sistema de Referência Geodésico de 1980) • Consistente, global e geocêntrico • Centro do Elipsóide = centro de massa da Terra

23. Sistema de Referência Altimétrico • Imbituba – SC usado por quase todo Brasil • Porto de Santana – utilizado pelo Amapá (dificuldades de expandir a rede altimétrica nesta área do país)

24. Cilindro Carta ou Mapa Terra Cone Modelo Esfera Modelo (Esfera /Elipsóide) Plano Tangente Representações CartográficasSistemas de Projeção

25. Temos três diferentes tipos de projeção quanto às propriedades: • Projeção equivalente  conserva as áreas • Projeção eqüidistante  conserva as distâncias • Projeção conforme ou ortomorfa  conserva os ângulos

26. SISTEMA DE PROJEÇÃO UNIVERSAL TRANSVERSO DE MERCATOR (UTM) • Criado para aplicação mundial pelos militares para um sistema de coordenadas planas • Em 1951 a Associação de Geodésia e Geofísica Internacional (AGGI) recomendou o sistema UTM para o mundo inteiro • No Brasil - sistema adotado pela Diretoria do Serviço Geográfico (DSG) e IBGE, desde de 1955 para o mapeamento sistemático do país.

27. Meridianos de secância Meridiano extremo PN  PS Meridiano Central

28. O elipsóide é dividido em 60 fusos de 6 de longitude • Cada fuso tem um sistema de coordenadas parcial • Cada fuso terá um meridiano central • A amplitude de 6 para os fusos no sistema UTM coincide com os fusos da Carta Internacional ao Milionésimo.

29. A interseção com o equador é a origem do sistema • Os fusos são limitados por duas longitudes múltiplas de seis • As latitudes limites vão de 80 N a 80 S • O sistema UTM não é utilizado para representar regiões polares.

30. Os fusos de sistema de projeção UTM são numerados de 1 a 60 contados a partir do anti-meridiano de Greenwich no sentido anti-horário. • N do fuso = 30 – (/6), para pontos a oeste de Greenwich. • N do fuso = 30 + (/6), para pontos a leste de Greenwich.

31. N N 3 3 E E meridiano central 6 6°(668km) N 500 Km E 10.000 km Eixos coordenados do sistema UTM e origem no hemisfério Sul

32. Fundamentos do GPS Sistema TRANSIT • Primeiro sistema de satélites artificiais • Objetivo de navegação • Idéia básica: localização sobre a Terra • Cálculo da posição baseado no Efeito Doppler • Desvantagens: longos períodos de observação e baixa precisão

33. Sistema de Posicionamento Global – GPS • NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Time And Rancing) • Criado para substituir o TRANSIT • Estudos iniciados em 1973 • Desenvolvido e operado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América - DoD • Sistema de rádio navegação • Concebido para fins exclusivamente militares

34. O GPS foi projetado de forma que em qualquer lugar do globo e a qualquer momento existam pelo menos quatro satélites acima do plano do horizonte do observador.

35. Em razão de sua precisão e do grande desenvolvimento da tecnologia dos receptores, surgiram aplicações para uso civil, tais como: • Navegação • Geodésia • Topografia • Sinais de tempo • Outros

36. SPS (Standard Positioning Service) • Serviço de Posicionamento Padrão • Uso civil • 24 horas por dia • Em qualquer lugar • Componente temporal (data e hora) • Coordenadas (lat., long., altitude)

37. SPS • Precisão nominal: • 20m componente horizontal • 30m componente vertical • 95% do tempo • Sistema degradado intencionalmente (SA) • 100m componente horizontal • 156m componente vertical • Precisão no posicionamento relativo – 5m à 5mm

38. GPS posição de pontos, coordenadas TEMPO velocidade direção do deslocamento aceleração

39. Sistema de controle de tempo • Extremamente importante • O GPS baseia-se na medida simultânea da distância entre o receptor e pelo menos quatro satélites

40. A distância entre o receptor e os satélites se obtém por meio do atraso temporal, entre o sinal que o satélite emite até o momento em que o sinal é recebido pelo receptor

41. Espacial Controle Usuário Segmentos do Sistema GPS

42. Segmento Espacial • 24 satélites • Altura de 20.200km da superfície terrestre • 6 planos orbitais • Órbitas com 55° de inclinação em relação ao Equador • Período de 12 horas siderais • Satélites NAVSTAR ou Space Vehicles (SVs)

44. Segmento de Controle • 5 estações rastreadoras fixas • Localizadas nas proximidades da linha do Equador • Movimento orbital dos satélites constantemente monitorado • Estação mestre – Colorado Springs • Correção das efemérides e dos relógios

46. Segmento do Usuário Constituído pelos receptores GPS e comunidade de usuários. Os receptores convertem os sinais dos satélites (SVs) em estimativas de posições, velocidade e tempo.

47. Sistema de Tempo GPS • GPS mede intervalo de tempo de propagação do sinal • Tempo GPS – Início 0h de 06/01/80

48. Tempo GPS contado desde o início • número de semanas • número de segundos • Semanas GPS (GPS Week Number) • Varia de 0 – 1023 (aproxim. 20 anos) • N° de segundos - contador TOW (Time Of Week – Tempo da Semana ) • Varia de 0 –604.800

49. Sinais GPS • Satélites GPS são sistemas unidirecionais de emissão • A observação fundamental é a medida do tempo de percurso do sinal entre a antena do satélite e a antena do receptor • freqüência fundamentalfo de 10,23 Mhz

50. ESTRUTURA DO SINAL GPS