Temporada III - Sistema de posicionamento global (GPS)

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Sistema de posicionamento global (GPS)
APRESENTAÇÃO
O Sistema de Posicionamento Global (GPS), desde sua concepção, tem sido intensivamente 
empregado em diversos receptores, como automóveis, navios e estações terrestres, devido à 
possibilidade de fornecer informações relevantes, como posicionamento, velocidade, distâncias, 
etc. As informações provenientes do Sistema de Posicionamento Global (GPS), como o 
posicionamento de alvos, permitem a elaboração de mapas temáticos muito importantes para 
diversas análises (p. ex., de fenômenos naturais ou práticas antrópicas que ocorrem na superfície 
terrestre).
Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai conhecer o processo histórico de desenvolvimento 
do Sistema de Posicionamento Global (GPS), descrever os componentes e meios para o 
mapeamento e reconhecer as causas e consequências de erros na captação de dados por GPS.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Reconhecer a historicidade do mapeamento em sua estruturação.•
Descrever os componentes e meios para o mapeamento.•
Apontar as causas e consequências de erros na captação de dados.•
DESAFIO
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é uma importante ferramenta que tem sido 
amplamente utilizada por iniciativas públicas e privadas para monitorar e identificar diversos 
problemas ambientais, contribuindo para o monitoramento de: qualidade da água em bacias 
hidrográficas, derramamento de óleo nos mares, desmatamentos e queimadas, dentre outros 
desastres ambientais.
Há muitos softwares disponíveis gratuitamente, como o QGIS e o MAPINFO, que permitem 
que as informações coletadas pelos receptores GPS possam ser analisadas juntamente com 
outras (p. ex., limite de Municípios, cursos d’água, vias, tipos de solo, etc.), possibilitando uma 
compreensão ampla do problema ambiental.
Dessa forma, esse conjunto de dados pode ser utilizado no desenvolvimento de produtos 
cartográficos (como mapas e cartas) que auxiliem na análise dessas questões ambientais e 
contribuam para a tomada de decisão em relação a processos de recuperação, preservação, etc.
A partir do exposto, responda:
a) Como o Sistema de Posicionamento Global (GPS) poderia contribuir para analisar esse 
problema ambiental?
b) Quais mapas temáticos poderiam ser elaborados a partir dos dados coletados com o receptor 
GPS?
c) Pensando que esse monitoramento deverá ser feito regularmente, quais cuidados devem ser 
tomados para evitar que erros ocorram durante a coleta de dados?
INFOGRÁFICO
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) fornece serviços de posicionamento, navegação e 
tempo de forma gratuita para todos os usuários em escala contínua e global. Esses dados podem 
ser captados e utilizados pelas mais diversas áreas do conhecimento, como topografia, 
geografia, navegação, meio ambiente, lazer, etc.
Veja, no Infográfico, os componentes que integram o Sistema de Posicionamento Global (GPS), 
nomeadamente os segmentos espacial, de controle operacional e do usuário, e aprenda sobre as 
configurações e funcionamento de cada um deles.
CONTEÚDO DO LIVRO
Ao longo dos séculos, a humanidade buscou encontrar meios que possibilitassem localizar sua 
posição na superfície terrestre com precisão, como, por exemplo, durante as grandes 
navegações, quando eram utilizados métodos e instrumentos como bússolas e sextantes para 
traçar rotas e identificar direções.
Com o advento da tecnologia e os avanços científicos, esses instrumentos foram melhorados, até 
que, em meados de 1960, o Sistema de Posicionamento Global (GPS) já permitia fornecer 
informações da superfície terrestre, mesmo que apenas para usos limitados. Hoje, no entanto, o 
GPS é indispensável, seja em terra, mar ou ar. 
No capítulo Sistema de posicionamento global (GPS), da obra Geoprocessamento, base teórica 
desta Unidade de Aprendizagem, você vai reconhecer a historicidade do mapeamento em sua 
estruturação, aprender a descrever os componentes e meios para o mapeamento e determinar as 
causas e consequências de erros na captação de dados.
Boa leitura. 
GEOPROCESSAMENTO
Franciane Mendonça dos Santos
Sistema de posicionamento 
global (GPS)
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Reconhecer a historicidade do mapeamento em sua estruturação.
 � Descrever os componentes e meios para o mapeamento.
 � Apontar as causas e consequências de erros na captação de dados.
Introdução
Com a evolução da tecnologia, os instrumentos e as técnicas utilizadas 
para a elaboração de produtos cartográficos se tornaram cada vez mais 
eficientes, principalmente no que diz respeito à precisão das informações 
mapeadas e aos detalhes que são possíveis de observar. Nesse sentido, 
o sistema de posicionamento global (GPS, do inglês global positioning 
system) tem um papel muito importante para a ciência cartográfica, 
no que tange à produção de mapas da superfície terrestre. Sua aplicação 
está relacionada a diversas áreas do conhecimento, como engenharia, 
topografia, arquitetura, meio ambiente, etc.
Neste capítulo, você vai estudar a história do GPS, vai verificar quais são 
as suas principais características e vai compreender como ocorre o seu 
funcionamento. Você também vai verificar quais são as possíveis causas 
e consequências de erros que ocorrem durante o processo de captação 
de dados por meio desse sistema.
1 Historicidade do mapeamento
O homem sempre buscou representar a sua realidade de forma gráfica, o que 
é comprovado pelas diversas gravuras rupestres encontradas em cavernas, 
datadas da Pré-História. Percebe-se que as motivações dessas ilustrações 
eram basicamente a busca por alimentação e moradia, bem como a demons-
tração de aspectos como religião e cultura. O mapa mais antigo do mundo foi 
elaborado pelos babilônios, entre 3.800 e 2.500 a.C., e é denominado mapa de 
Ga-Sur. Esse mapa representava o vale de um rio localizado entre montanhas 
na Mesopotâmia (REYES, 1991).
Os egípcios contribuíram para o desenvolvimento de técnicas e instrumentos 
que possibilitavam a caracterização do meio em que viviam, por exemplo, com 
o desenvolvimento de ferramentas utilizadas para a medição de terras, em 
meados de 1300 a.C. (THROWER, 2008). Dentre os instrumentos desenvol-
vidos pelos egípcios, pode-se destacar o nível em A, que era utilizado para o 
nivelamento dos terrenos (RANA; SHARMA, 2006).
Posteriormente, em meados de 500 a.C., os gregos realizaram grandes 
avanços a serviço do conhecimento geográfico, amparados pelas descobertas 
dos babilônios e egípcios. Um exemplo é o desenvolvimento do astrolábio, 
criado por Hiparco, entre 220 e 150 a.C.; trata-se de um instrumento capaz 
de determinar a localização de pontos da Terra, por meio da observação de 
fenômenos celestes (HARLEY; WOODWARD, 1987). Com o objetivo de 
contribuir para as navegações, os chineses desenvolveram a bússola, em 
meados de 200 a.C., o que permitiu que os navegantes se orientassem no mar 
sem dependerem dos astros (RANA; SHARMA, 2006).
Os romanos, a partir de 500 a.C., adaptaram o conhecimento dos gregos 
e fizeram suas próprias contribuições, especialmente para o mapeamento 
rodoviário e cadastral. Eles contribuíram com o desenvolvimento de algumas 
ferramentas de levantamento, apesar da negação da esfericidade da Terra e 
de considerá-la uma superfície plana, contrariando o que foi descoberto pelos 
gregos (THROWER, 2008). Na Idade Média (de 476 a 1453), houve a negação 
da ciência e das descobertas dos gregos, em decorrência de preceitos religiosos 
(OLIVEIRA et al., 2019).
Já no Renascimento, período que perdurou de 1400 a meados de 1700, 
houve importantes descobrimentos. No que tange aos avanços cartográficos, 
pode-se destacar as grandes navegações, a partir de 1500, e a criação das cartas 
portulanas. Nesse período, os instrumentos, como os astrolábios, foram mo-
dificados e melhorados para se tornarem estáveis e adaptáveis àsnavegações, 
resultando no sextante, que foi muito utilizado nesse período para medir o 
ângulo formado entre o horizonte e um alvo determinado (RANA; SHARMA, 
2006). Dessa forma, com o passar dos anos e o advento da tecnologia, foram 
sendo desenvolvidos diversos instrumentos e técnicas, que possibilitaram 
aprimorar as representações cartográficas.
Sistema de posicionamento global (GPS)2
Hoje, uma das ferramentas mais empregadas é o GPS, que fornece dados 
precisos para a elaboração de mapeamentos da superfície terrestre, reduzindo a 
quantidade de equipamentos e aumentando a tecnologia associada. De acordo 
com Kavanagh e Mastin (2013), embora o GPS seja o mais conhecido, existem 
outros sistemas de navegação por satélite (satnav, do inglês satellite navigation), 
e todos eles compõem o sistema global de navegação por satélite (GNSS, 
do inglês global navigation satellite system). 
O GNSS é definido como a coleção de todos os satnavs, incluindo o GPS. 
Há vários satnavs operando, sendo que alguns prestam serviços globais e 
outros apenas regionais, como:
 � o Galileu, que foi desenvolvido pela União Europeia;
 � o China’s Compass Navigation Satellite System, conhecido como Com-
pass ou Beidou, desenvolvido pela China; e
 � o Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema, conhecido como 
GLONASS, que foi desenvolvido pela Rússia.
A Figura 1 apresenta a constelação de alguns dos principais sistemas de 
navegação por satélite.
Figura 1. Sistemas de navegação por satélite.
Fonte: Adaptada de Reid, Walter e Enge (2013).
3Sistema de posicionamento global (GPS)
História do sistema de posicionamento global
A definição de um sistema de posicionamento, que teria como objetivo deter-
minar pontos da superfície terrestre, foi primeiramente elucidada, segundo 
Schofield e Breach (2007), com o lançamento do satélite Sputnik, em outubro 
de 1957, pela antiga União Soviética. Posteriormente, em meados de 1960, os 
Estados Unidos desenvolveram, em conjunto com a Marinha americana, um 
sistema de navegação por satélite chamado Transit 1B, também conhecido 
como Navy Navigation Satellite System, que era baseado no efeito Doppler.
Esse sistema era basicamente utilizado pela Marinha, fornecendo infor-
mações relevantes sobre o posicionamento de frotas submarinas e navios 
nos oceanos, até que, em 1967, foi disponibilizado para uso civil (LEICK; 
RAPOPORT; TATARNIKOV, 2015). Porém, de acordo com Lima (2013), 
esse sistema apresentava algumas limitações, por se tratar de um sistema 
bidimensional e sofrer grande influência de satélites.
De acordo com Schofield e Breach (2007), em 1973, o Departamento de 
Defesa dos Estados Unidos iniciou o desenvolvimento de um GPS do tipo 
NAVSTAR (sigla para sistema de navegação com tempo e variação de tempo). 
O NAVSTAR tinha por finalidade a aplicação na área militar, como para a de-
terminação da localização de tropas, o conhecimento do território inimigo etc.
Os primeiros satélites desse sistema foram lançados em 1978, funda-
mentalmente para aplicações militares, utilizando receptores operados pelo 
homem em navios e outros veículos. Uma das primeiras aplicações do GPS 
para fins militares ocorreu durante a Guerra do Golfo (1991), quando foi uti-
lizado nomeadamente para facilitar a determinação da localização das tropas 
militares no deserto e para contribuir com o lançamento dos mísseis, que, 
a partir dessa tecnologia, podiam ser lançados com maior precisão (KAPLAN; 
HEGARTY, 2017). 
Com o lançamento de novos satélites, esse sistema foi ampliando sua co-
bertura, e assim foram surgindo novas possibilidades de aplicações, tornando 
o GPS não apenas uma ferramenta útil para fins bélicos, mas também para o 
uso civil, que foi iniciado em meados de 1980 (MARKOSKI, 2018). O termo 
GNSS passou a ser utilizado em 1991, quando englobava apenas as tecnologias 
GPS e GLONASS, segundo Albuquerque e Santos (2003). Posteriormente, foi 
complementado pelo desenvolvimento do sistema Galileu.
Sistema de posicionamento global (GPS)4
Acesse o site GPS: The Global Positioning System para saber mais sobre o GPS e a sua 
amplitude.
2 Componentes e meios para o mapeamento
A Terra possui formato esférico, e a sua superfície é caracterizada por nume-
rosas proeminências, montanhas, depressões e colinas. Dessa forma, para que 
sua representação no mapa seja condizente com a realidade, é necessária a 
substituição dessa superfície irregular por uma área matemática aproximada, 
na qual as medições possam ser processadas matematicamente (MARKOSKI, 
2018). Segundo Kavanagh e Mastin (2013), a área de um elipsoide é considerada 
a forma geométrica que mais se aproxima da área da superfície física da Terra. 
Existem certas diferenças entre um geoide e o elipsoide da Terra; no entanto, 
o elipsoide melhor ajustado ao geoide é conhecido como elipsoide de referên-
cia. A Figura 2 apresenta a representação do geoide e do elipsoide de referência.
Figura 2. Diferenças entre o geoide e o elipsoide.
Fonte: Adaptada de Kavanagh e Mastin (2013).
5Sistema de posicionamento global (GPS)
O geoide não é utilizado como superfície de referência pelo sistema GPS, 
devido à complexidade de cálculos inerentes ao processo de determinação 
dos pontos na superfície terrestre (ALBUQUERQUE; SANTOS, 2003). Dessa 
forma, é utilizado como superfície de referência o elipsoide, para a determina-
ção do posicionamento e das coordenadas geográficas dos pontos na superfície. 
O elipsoide permite descrever as coordenadas geográficas posicionais de um 
ponto em graus de longitude e latitude.
As latitudes são linhas conhecidas como paralelos, traçadas horizontal-
mente, que especificam a posição norte-sul de qualquer ponto na superfície 
terrestre e têm como referência a linha do equador. Já as longitudes, conhecidas 
como meridianos, percorrem a Terra verticalmente e se encontram nos polos 
norte e sul, tendo como referência o meridiano de Greenwich (NADOLINETS; 
LEVIN; AKHMEDOV, 2017).
O elipsoide de referência do GPS é o WGS-84 (World Geodetic System 1984) — ou seja, 
os dados obtidos por esse sistema terão como base esse modelo. No entanto, para 
o Brasil, é utilizado o Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas do ano de 
2000 (SIRGAS2000) como referência para os processos de mapeamento. Nesse sentido, 
é importante saber que os dispositivos GPS têm seu próprio software para converter 
dados do sistema WGS-84 para qualquer outro sistema, como é o caso do SIRGAS2000. 
Outra possibilidade é a apresentação de dados (tabelas, gráficos ou situacionais) em 
vários dispositivos de impressão. Isso significa que os dispositivos GPS fornecem a 
criação completa de bancos de dados e a sua distribuição em formato digital para 
uma variedade de usos (MARKOSKI, 2018).
O GPS opera a partir de um sistema de radionavegação e foi projetado 
para que, em qualquer lugar e a qualquer momento, existam satélites or-
bitando acima do horizonte do observador, permitindo a determinação da 
localização de qualquer ponto da superfície terrestre (latitude, longitude e 
altitude) (SEGANTINE, 2005). O funcionamento do sistema GPS é baseado 
fundamentalmente na determinação da distância entre um ponto onde está 
localizado o receptor e os pontos de referência, que são os satélites. 
Sistema de posicionamento global (GPS)6
Assim, a partir do conhecimento da distância que separa o receptor de no 
mínimo três satélites, é possível determinar a posição relativa do receptor, 
com base na intersecção de três circunferências, cujos raios são as distâncias 
medidas entre o receptor e o satélite (ALBUQUERQUE; SANTOS, 2003). 
A Figura 3 mostra com ocorre na prática esse processo, que também é conhecido 
como método geométrico da triangulação. 
Segundo Segantine (2005), esse cálculo é realizado em função do tempo 
que o sinal leva para chegar até o receptor, sabendo-se que o sinal viaja a 
aproximadamente a velocidade da luz. Como essa velocidade é muito alta, 
o GPS utiliza relógios de alta precisão (relógios atômicos) paragarantir a preci-
são nas medições. Os relógios atômicos combinam um oscilador de cristal de 
quartzo com um conjunto de átomos (por exemplo, o césio), que permitem que 
a hora seja constantemente atualizada (ALBUQUERQUE; SANTOS, 2003).
Figura 3. Método de triangulação para obtenção do posicionamento dos pontos na 
superfície terrestre.
Fonte: Adaptada de Nadolinets, Levin e Akhmedov (2017).
7Sistema de posicionamento global (GPS)
Dessa forma, segundo McNamara (2008), os satélites estão posicionados 
onde um receptor GPS pode receber sinais de pelo menos seis satélites a 
qualquer momento, em qualquer local da Terra (se nada obstruir os sinais). 
Cada satélite possui três peças principais, descritas a seguir.
 � Computador: posicionado a bordo do satélite, esse equipamento permite 
controlar o voo do satélite e verificar outras funções do satélite.
 � Relógio atômico: utilizado com o objetivo de manter a hora do satélite 
exata em três nanossegundos (cerca de três bilionésimos de segundo).
 � Transmissor de rádio: equipamento utilizado para enviar os sinais 
para a Terra.
O sistema GPS é dividido em três segmentos fundamentais, que são descri-
tos por Nadolinets, Levin e Akhmedov (2017) conforme apresentado a seguir.
 � Segmento espacial: composto por todos os satélites operacionais que 
formam a constelação.
 � Segmento de controle: composto por todas as estações terrestres en-
volvidas no monitoramento do sistema (estações mestre de controle, 
estações monitor e estações de controle terrestre).
 � Segmento de usuários: composto por todos os usuários, bem como 
os aparelhos receptores.
Na Figura 4 estão representados esses segmentos, bem como a interligação 
entre eles.
Sistema de posicionamento global (GPS)8
Figura 4. Representação dos segmentos do sistema de posicionamento global.
Fonte: Adaptada de Nadolinets, Levin e Akhmedov (2017).
Para saber mais sobre o histórico e o funcionamento do GPS e como ocorre o processo 
de aquisição de dados, leia o trabalho de Bernardi e Landim (2002) intitulado “Aplicação 
do sistema de posicionamento global (GPS) na coleta de dados”.
9Sistema de posicionamento global (GPS)
Segmento espacial
O segmento espacial é composto pelos satélites que estão em órbita ao redor 
da Terra. O GPS possui uma constelação de 30 satélites (24 operacionais e seis 
em reserva) que orbitam a uma altura de 20.200 km acima da Terra (Figura 5) 
(MARKOSKI, 2018). Os satélites levam cerca de 12 horas para completar 
uma volta na Terra. O sistema GPS, de acordo com Schofield e Breach (2007), 
foi projetado para que pelo menos quatro satélites estejam sempre à vista 
pelo menos 15º acima do horizonte. Dessa forma, os seis planos orbitais são 
igualmente espaçados e inclinados a 55º em relação ao equador. 
Figura 5. Satélites do sistema de posicionamento global orbitando 
ao redor da Terra.
Fonte: Adaptada de Kavanagh e Mastin (2013).
Sistema de posicionamento global (GPS)10
Segmento de controle
O segmento de controle, segundo Kavanagh e Mastin (2013), é composto por 
uma estação de controle principal, chamada de estação de controle mestra, 
localizada no estado do Colorado (Estados Unidos), estações de monitoramento 
e antenas de comando localizadas e distribuídas em todo o território mundial, 
como apresentado na Figura 6. Segundo Markoski (2018), essas estações de 
controle utilizam relógios atômicos precisos para calcular a pseudodistância 
de todos os satélites visíveis e enviá-la para a estação de controle principal.
Nadolinets, Levin e Akhmedov (2017) acrescentam que as funções mais 
importantes do segmento de controle são:
 � observar o movimento dos satélites e computar os dados orbitais 
(efemérides);
 � monitorar os relógios dos satélites e prever seus comportamentos;
 � sincronizar a hora dos satélites a bordo;
 � retransmitir dados orbitais precisos recebidos de satélites para a estação 
de controle principal;
 � retransmitir os dados orbitais aproximados de todos os satélites para a 
estação de controle principal;
 � retransmitir informações adicionais, incluindo condição do satélite e 
erros de relógio para a estação de controle principal.
Figura 6. Localização das estações de controle.
Fonte: Control... (2017, documento on-line).
11Sistema de posicionamento global (GPS)
Dessa forma, as estações de controle consistem em uma rede global de 
instalações terrestres que coletam os dados dos satélites e os processam au-
tomaticamente, a partir do rastreamento dos satélites GPS, retransmitindo 
essas informações atualizadas para controlar adequadamente os sistemas 
dos satélites (SCHOFIELD; BREACH, 2007). Essas informações, que são 
atualizadas nas constelações dos satélites, são transmitidas para os usuários 
por meio dos receptores, que captam o sinal enviado pelos satélites.
Segmento do usuário
O segmento dos usuários está relacionado com as possíveis aplicações que o 
sistema permite, ou seja, está diretamente associado aos diversos receptores 
GPS, que podem variar em termos de tamanho, modelo, fabricante e, prin-
cipalmente, qualidade de recepção. Esses receptores são responsáveis por 
converter os sinais dos satélites em estimativas de posições, velocidade e 
tempo (ALBUQUERQUE; SANTOS, 2003).
Os receptores GPS recebem os sinais transmitidos pelos satélites GPS 
incluídos nos componentes espaciais e que estão em adequado funcionamento, 
o que é garantido pelo segmento de controle. De acordo com Markoski (2018), 
os receptores GPS podem ser classificados basicamente como: receptor GPS 
portátil, receptor GPS embutido no veículo, receptor acoplado em relógios e 
receptores acoplados em smartphones. Segundo Schofield e Breach (2007), 
o tipo de receptor usado dependerá, em grande parte, dos requisitos do usuário.
Os receptores GPS portáteis são utilizados em processos de orientação e 
movimentação terrestre, como em atividades profissionais de levantamentos 
topográficos e geodésicos, na agricultura de precisão e em atividades esportivas 
e recreativas. Por se tratar de equipamentos utilizados ao ar livre, são feitos de 
materiais resistentes e de boa qualidade, possuem baterias de longa duração, 
são resistentes à água e são altamente sensíveis, proporcionando navegação 
mesmo nas condições mais difíceis, como florestas densas, desfiladeiros e 
assim por diante (MARKOSKI, 2018).
Os receptores GPS acoplados em veículos buscam facilitar os transportes 
por rotas desconhecidas, sendo que a maioria deles possui aplicativos integra-
dos, mapas digitais e bancos de dados com informações de ruas, locais etc. 
(MARKOSKI, 2018). Os receptores GPS acoplados nos smartphones são os 
receptores mais utilizados atualmente, devido à sua praticidade, por estarem 
embutidos em celulares (PETROVSKI, 2014). Segundo Markoski (2018), 
Sistema de posicionamento global (GPS)12
com o aumento de utilizadores de smartphones, vários aplicativos GPS são 
disponibilizados gratuitamente e comercialmente, facilitando o deslocamento 
dos usuários na superfície terrestre.
Os sinais de rádio transmitidos pelos satélites GPS levam aproximadamente 
67 milissegundos para alcançar um receptor na Terra. Esses sinais viajam a 
uma velocidade constante (velocidade da luz), e o tempo de viagem (do satélite 
ao receptor) determina a distância exata entre os satélites e o usuário (NADO-
LINETS; LEVIN; AKHMEDOV, 2017). Ao utilizar os receptores GPS, para 
garantir a precisão do sistema, é necessário pelo menos que quatro satélites 
estejam visíveis. Também é importante perceber que, como os sinais viajam 
através do ar, prédios e objetos naturais podem representar um obstáculo para 
sinalizar a recepção, devendo isso ser levado em consideração durante o seu 
uso nessas condições (MARKOSKI, 2018).
Os quatro sinais diferentes são gerados no receptor, com a mesma estrutura 
dos sinais recebidos dos quatro satélites. Ao sincronizar os sinais gerados no 
receptor com os dos satélites, o tempo do sinal dos quatro satélites é medido 
como um desvio de tempo, usado paradeterminar o tempo exato de deslo-
camento do sinal e empregado na determinação do posicionamento exato do 
receptor (NADOLINETS; LEVIN; AKHMEDOV, 2017), conforme ilustra 
a Figura 7.
Figura 7. Medição do tempo de viagem do sinal.
Fonte: Adaptada de Nadolinets, Levin e Akhmedov (2017).
13Sistema de posicionamento global (GPS)
3 Erros na captação de dados
Várias condições podem reduzir a precisão de um receptor GPS, e estas devem ser 
estudadas, a fim de minimizar os erros desse sistema. Essa redução nem sempre 
é simples e demanda investimentos e pesquisas de novas tecnologias (LIMA, 
2013). Dentre as possíveis fontes de erros na captação de dados do GPS, podemos 
destacar o erro de efemérides (ou erro na órbita dos satélites), o erro relacionado 
com os desvios dos sinais na atmosfera, o erro do relógio do receptor, o erro da 
trajetória múltipla e o erro devido à geometria dos satélites, descritos a seguir.
O erro de efemérides, ou erro na órbita dos satélites, ocorre quando o 
satélite não transmite corretamente sua posição exata em órbita (MCNA-
MARA, 2008). Segundo Lima (2013), esses erros são ocasionados pela atração 
gravitacional ou pela pressão que a radiação solar exerce sobre o satélite. 
A localização dos satélites é baseada nos dados de órbita predefinidos que 
estão sendo enviados ao receptor, e, devido a esses erros, a órbita predicada 
pode não refletir a órbita real (KAVANAGH; MASTIN, 2013). Quando isso 
ocorre, as estações de controle (segmento de controle) são responsáveis por 
enviar a informação ao satélite de que é necessário corrigir a órbita.
O erro relacionado com os desvios dos sinais na atmosfera pode ser distin-
guido em relação às duas camadas da atmosfera: troposfera e ionosfera (Figura 8). 
Figura 8. Troposfera e ionosfera.
Fonte: Adaptada de Petrovski (2014).
Sistema de posicionamento global (GPS)14
Conforme mostra a Figura 8, a troposfera é a região mais baixa da atmos-
fera da Terra e vai do nível do solo até cerca de 18 km de altura. Nessa faixa, 
variações de temperatura, pressão e umidade podem causar variações na 
velocidade com que as ondas de rádio viajam, resultando em erros de precisão 
relativamente pequenos (MCNAMARA, 2008). A ionosfera começa a cerca de 
50 a 1.000 km acima da Terra, e os sinais de satélite que viajam pela ionosfera 
são mais lentos, devido ao plasma (um gás de baixa densidade). Embora os 
receptores de GPS tentem explicar esse atraso, a atividade inesperada do 
plasma pode causar erros de cálculo (MCNAMARA, 2008). Segundo Petrovski 
(2014), as especificidades da propagação de sinais de radiofrequências através 
da atmosfera são importantes, devido aos efeitos ocasionados na precisão do 
posicionamento e que interferem em todos os equipamentos que utilizam esse 
sinal (navegação, topografia, etc.).
O erro de tempo está relacionado com a sincronização dos relógios dos 
satélites. Cada satélite é composto por relógios atômicos, que devem ser sin-
cronizados com os relógios dos receptores, e estes, por serem menos precisos, 
acabam acarretando pequenas imprecisões de posição dos pontos (MCNA-
MARA, 2008). Como a velocidade da luz é de aproximadamente 300.000 km/s, 
um erro de 0,01 s dos relógios pode resultar em um erro de posicionamento 
de cerca de 3.000 km (SCHOFIELD; BREACH, 2007). Esse erro pode ser 
reduzido quando, na determinação do posicionamento do ponto, utiliza-se um 
quarto satélite, utilizado para garantir a sincronização dos relógios.
O erro da trajetória múltipla ocorre quando o sinal do satélite GPS 
se encontra com uma barreira artificial ou natural (como árvores, prédios, 
edificações, etc.) antes de chegar ao receptor (MCNAMARA, 2008). Essa 
situação ocasiona um atraso no tempo de viagem do sinal e acarreta um 
erro no cálculo da distância entre o satélite e o receptor (Figura 9). Segundo 
McNamara (2008), ruas cercadas por prédios altos, copas densas de árvores, 
desfiladeiros e áreas montanhosas são locais onde esses erros podem ocorrer. 
Dessa forma, é indicado realizar a modificação do local para tentar melhorar 
o sinal. De acordo com Nadolinets, Levin e Akhmedov (2017), o efeito da 
trajetória múltipla pode ser parcialmente compensado por meio da seleção do 
local de medição (livre de reflexos) e de uma antena de alta tecnologia para 
recepcionar o tempo de viagem do sinal.
15Sistema de posicionamento global (GPS)
Figura 9. Erro da trajetória múltipla.
Fonte: Adaptada de Schofield e Breach (2007).
O erro devido à geometria dos satélites ocorre devido a interseções de 
sinal de quatro satélites mal localizados, ou seja, muito próximos uns dos 
outros, como representado na Figura 10 (MCNAMARA, 2008). Para quan-
tificar esse erro, segundo Schofield e Breach (2007), deve ser considerada 
a chamada diluição de precisão (DOP, do inglês dilution of precision), que 
pode ser otimizada se muitos satélites (além do mínimo de quatro) forem 
rastreados pelo receptor.
Existem vários tipos de medidas de diluição de precisão: horizontal (HDOP), 
vertical, de tempo, relativa, geométrica e de posição (PDOP). Segundo Ka-
vanagh e Mastin (2013), quanto melhor a geometria dos satélites, menor será 
o valor de DOP, proporcionando uma maior credibilidade das informações 
captadas pelo satélite. Um topógrafo, por exemplo, tem mais interesse na 
posição tridimensional dos pontos na superfície terrestre, e, por isso, a PDOP 
dos satélites é mais importante para as suas aplicações. Já para navegan-
tes, a HDOP é mais importante, devido ao fato de as navegações ocorrerem 
em um plano horizontal, ao nível do mar (SCHOFIELD; BREACH, 2007). 
Sistema de posicionamento global (GPS)16
Nos visores dos receptores GPS, principalmente os utilizados para topografia 
e navegação, por exemplo, será indicada a precisão associada aos satélites 
disponíveis para determinar o posicionamento do ponto. Esse valor é definido 
com base em equações.
Figura 10. Configuração dos satélites.
Fonte: Adaptada de Schofield e Breach (2007).
O GPS trouxe grandes avanços para a ciência, em especial, para a ciência 
cartográfica, por meio da determinação de informações de qualquer alvo 
que esteja na terra, no mar ou no ar, possibilitando a espacialização dessas 
informações em mapas digitais. Hoje, essa tecnologia é essencial para di-
versas áreas de estudo e pode ser utilizada em receptores. Estes vão desde 
receptores manuais, que podem ser utilizados, por exemplo, em levantamentos 
topográficos, até receptores acoplados em smartphones, que garantem a iden-
tificação de informações espaciais dos usuários, facilitando seu deslocamento 
na superfície terrestre.
17Sistema de posicionamento global (GPS)
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cionamento foi comprovado no momento da publicação do material. No entanto, a 
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sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links.
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19Sistema de posicionamento global (GPS)
DICA DO PROFESSOR
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) pode ser utilizado para determinar diversas 
informações acerca de qualquer ponto da superfície terrestre, como velocidade, posicionamento, 
altitude, distâncias, etc.
Desde sua criação, esse sistema tem sido ampla e mundialmente utilizado pelas mais diversas 
áreas, como marinha, agricultura, agrimensura, topografia, serviços de telecomunicação, e até 
mesmo para fins pessoais, como uso em automóveis ou atividades de turismo.
Nesta Dica do Professor, aprenda um pouco sobre o processo de Trilateração, pelo qual é 
possível, a partir do Sistema de Posicionamento Global (GPS), determinar o posicionamento do 
receptor, informação indispensável nos dias atuais.
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EXERCÍCIOS
1) Desde os tempos antigos, o homem buscou desenvolver técnicas e instrumentos que 
facilitassem seu deslocamento na superfície terrestre. Uma das técnicas atuais, 
mundialmente utilizada, é o Sistema de Posicionamento Global (GPS).
Leia as afirmativas a seguir:
I. O Sistema de Posicionamento Global é composto de três partes fundamentais: 
satélites, estações terrestres e receptores.
II. O Sistema de Posicionamento Global permite obter somente informações de 
latitude e longitude de qualquer ponto da superfície terrestre.
III. O Sistema de Posicionamento Global tem grandes contribuições para a 
navegação, topografia e Geodésia.
Assinale quais alternativas contêm assertivas corretas.
A) Apenas I.
B) Apenas II.
C) I e II.
D) I e III.
 
E) I, II e III.
2) Alguns erros podem ser ocasionados ao se determinar a localização de uma feição na 
superfície terrestre com a utilização do Sistema de Posicionamento Global (GPS). Um 
desses erros é ocasionado pela reflexão do sinal nas superfícies próximas ao receptor, 
tanto naturais quanto artificiais, e é muito comum sua ocorrência em ambientes 
urbanos e sob copas espessas de árvores.
Assinale a alternativa que apresenta corretamente o erro descrito.
A) Erro de efemérides.
B) Erros de relógio.
C) Erro devido a caminhos múltiplos.
D) Erro devido a geometria dos satélites.
E) Erro relacionado a desvios na atmosfera.
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é mundialmente utilizado e foi 3) 
desenvolvido pelas forças armadas dos Estados Unidos. Ele está totalmente 
operacional desde 1995 e conta com muitos receptores modernos, responsáveis por 
receber o sinal dos satélites e determinar sua localização na superfície terrestre.
Analise as afirmativas a seguir, que tratam sobre o funcionamento do GPS, e 
classifique-as em verdadeiras (V) ou falsas (V):
( ) O sistema GPS foi projetado para que, em qualquer lugar do globo e a qualquer 
momento, existam, pelo menos, quatro satélites acima do plano do observador.
( ) Um GPS requer, pelo menos, dois satélites para calcular a posição 2D (latitude e 
longitude) do receptor.
( ) São necessários, pelo menos, três satélites para encontrar a posição 3D (latitude, 
longitude e altitude) do receptor.
( ) Cada um dos satélites GPS está equipado com, pelo menos, um relógio atômico 
para manter a hora atualizada e precisa.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA.
A) V – V – F – F.
B) F – F – V – V.
C) V – F – V – F.
D) V – F – V – V.
 
E) V – F – F – V.
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) consiste basicamente em segmentos que 
garantem que opere adequadamente e determine o posicionamento de qualquer 
4) 
ponto da superfície terrestre. Um desses segmentos consiste em estações de 
monitoramento, que, dentre outras funções, mantêm os satélites em sua órbita 
adequada, por meio de possíveis manobras, e permitem que os relógios destes estejam 
sempre ajustados.
Leia as alternativas e assinale a que apresenta adequadamente o segmento descrito.
A) Segmento espacial.
B) Segmento de controle.
C) Segmento computacional.
D) Segmento operacional. 
E) Segmento desconhecido.
5) O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema de navegação baseado em 
satélite que fornece informações baseadas em tempo e localização a um receptor GPS 
em qualquer ponto da superfície terrestre.
A partir dessa contextualização, observe as alternativas a seguir e assinale a que 
demarca os componentes de um Sistema GPS.
A) Segmento espacial, segmento de controle e segmento operacional.
B) Segmento espacial, segmento de controle e segmento do usuário.
C) Segmento computacional, segmento de controle e segmento do usuário.
Segmento interfacial, segmento de controle e segmento do usuário.D) 
 
E) Segmento espacial, segmento de controle e segmento desconhecido.
NA PRÁTICA
O receptor GPS pode ser utilizado por diversas áreas do conhecimento e suas funcionalidades 
vão desde operações básicas para traçar rotas em atividades pessoais de turismo até auxiliar em 
levantamentos de terrenos para projetos de construção civil, arquitetura, agrimensura, etc.
Veja, Na Prática, um dos processos de levantamentos feitos por Renata para determinar as 
características de uma propriedade rural. Fique atento aos possíveis erros que poderiam ser 
ocasionados durante o levantamento e, ao final do estudo, tente descrevê-los e especificar como 
puderam ser reduzidos ou eliminados do trabalho.
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SAIBA MAIS
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do 
professor:
Proposta de metodologia para melhora do posicionamento obtido através de receptores 
GPS de baixo custo
Confira, no link a seguir, a Tese de Doutorado de Erly Caldas Lima, que apresenta uma proposta 
interessante de melhoria do sistema de posicionamento obtido por meio de receptores GPS de 
baixo custo.
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Análise da precisão de diferentes receptores GNSS para coleta de dados
Confira uma discussão sobre a precisão de diferentes receptores GNSS na aquisição de dados 
em área urbana. O artigo traz também a indicação das limitações encontradas, bem como de 
quais são as melhores alternativas.
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Análise comparativa de um levantamento topográfico realizado com GPS e 
aerofotogrametria
O link a seguir apresenta um interessante trabalho que teve como objetivo comparar um 
levantamento topográfico realizado com auxílio de GPS e aerofotogrametria.
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