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* GPS Conceitos Básicos Universidade Federal de Viçosa Departamento de Engenharia Agrícola Laboratório de Projeto de Máquinas e Visão Artificial * PROGRAMAÇÃO Parte 1: GPS Básico Parte 2: Coleta de dados no campo horas Parte 3: Processamento dos dados no escritório * Tópicos O que é o GPS; Funcionamento do sistema; Sistema de coordenadas, datum; Sinal GPS; Tipos de receptores; Correção diferencial; Vantagens e limitações. * 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 GALILEO – sistema europeu * 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. * 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). * 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: * Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição Interseção: circunferência Com 2 satélites: * Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição Um quarto satélite permite resolver o problema para apenas um ponto Com 3 satélites: A interseção de três esferas são só dois pontos * Coordenadas Geográficas Latitude: ângulo entre o equador e um paralelo; varia de -90º (S) a +90º (N). Longitude: ângulo entre Greenwich e outro meridiano; varia de -180º (W) a +180º (E). * 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) 84oN 80oS * Coordenadas UTM Cada zona é dividida em bandas a cada 8o de Latitude As bandas são nomeadas de “C” até “X”, começando na Latitude 80o S A banda “X” tem 12o * * Divisão das Zonas UTM no Brasil * 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. Cada região possui um melhor para ajustar. Geóide: Superfície adaptada ao nível médio dos mares. Superfície de mesmo potencial gravitacional * Datum * SAD-69 x WGS-84 Coordenada UTM do marco DEA 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 * 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. * 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. do satélite do receptor Tempo medido pela diferença entre as mesmas partes do código * Tipos GPS Navegação - erros em torno de 20m. 20 m * Tipos GPS Topográficos - erros abaixo de 1m. 1 m * Tipos GPS Geodésicos - erros abaixo de 1 cm. 1 cm * Tipos receptores GPS Para erros menores que 20m qualquer GPS necessita de CORREÇÃO DIFERENCIAL !! GPS de navegação não permite correção diferencial * Correção Diferencial Utilização de dois receptores, um fixo (BASE) e outro móvel (ROVER). A base deve estar em ponto de coordenada conhecida. Como estão rastreando os mesmos satélites, no mesmo instante, o erro na base é o mesmo no móvel. * Correção Diferencial Pode ser utilizado o código CA ou a Portadora para correção diferencial Correção com a portadora é mais precisa Distância da Base: 300 km para código 50 km para portadora * Correção Diferencial Correção pós-processada: A base e o móvel gravam os dados, após o levantamento os dados são transferidos para o computador e processados. Correção em tempo real: A base envia ao móvel o sinal de correção instantaneamente, via link de rádio. Correção por satélite Rádio farol da marinha * 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 (combinação dos outros) * Vantagens do GPS Rapidez nos levantamentos; Os pontos não precisam ser visíveis entre si; Grande integração com SIG; Baixo custo operacional; Coordenadas reais; Facilidade de operação; Trabalho de dia ou à noite, em qualquer condição de tempo. * Limitações do GPS Dificuldade para trabalho em áreas urbanas ou com obstruções físicas - multicaminhamento. Levantamento de pequenas áreas. Levantamentos altimétricos. * Métodos de Levantamento Pontos - modo estático Ideal para levantamento precisos; Estaciona-se o receptor no ponto, coleta-se uma coordenada por segundo; O receptor calcula a média das coordenadas; Utilizado para objetos pontuais ou vértices; Permite registrar atributos para cada ponto; Levantamento mais demorado. * Métodos de Levantamento Pontos * Métodos de Levantamento Linhas - modo dinâmico O receptor é programado para registrar coordenadas a intervalos regulares; Levantamento ligeiramente menos preciso; Utilizado para feições lineares (estradas p. ex.); Características atribuídas à linha como um todo. Linhas - modo estático Estaciona-se o receptor em pontos definidos; O programa liga automaticamente os pontos; * Métodos de Levantamento Linhas * Métodos de Levantamento Áreas - modo dinâmico ou estático Mesmo procedimento utilizado para levantamento de linhas; O programa liga automaticamente o primeiro ao último ponto levantado, “fechando” a área. * Métodos de Levantamento Áreas * Aplicações do GPS Navegação aérea, marítima e terrestre; Levantamentos topográficos; SIG; Orientação de máquinas; Monitoramento de veículos; Agricultura de precisão; etc....
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