Aula 7 2014 geo

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Georreferenciamento: Conceitos
PROF.: MSC. CARLA SUNTTI
Videira, 26 de Abril de 2014
Universidade do Oeste de Santa Catarina
Curso de Engenharia Sanitária e Ambiental
Geoprocessamento e Georreferenciamento
Sistema Global de Posicionamento
Qual a diferença entre GPS e os 
satélites vistos anteriormente?
Qual a utilização de um GPS?
Como ele funciona?
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Georreferenciamento
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� Consiste em tornar as coordenadas conhecidas em um dado 
sistema de referência.
1º passo: obtenção das coordenadas – GPS, levantamentos 
topográficos ou por meio de imagens ou mapas.
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Sistema de Posicionamento Global – GPS
� GPS é abreviatura de NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite with
Time And Ranging Global Positioning System), é um sistema
de radio-navegação desenvolvido pelo Departamento de Defesa
dos Estados Unidos da América, na década de 80 para atender as
necessidades militares
� Utilização civil: sinais com degradação proposital (precisão do 
serviço aproximadamente 100m)
Sistema de Posicionamento Global - GPS
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� Lançado em 1978, inicialmente, o GPS tinha seu uso restrito ao
emprego militar.
� Entretanto, após o evento em que uma aeronave civil da Empresa
Aérea Coréia foi abatida por um caça soviético, em 1983, devido a
ter sobrevoado um espaço aéreo proibido, provavelmente devido a
um erro de navegação, matando seus 269 ocupantes, o então
Presidente Ronald Reagan anunciou que o GPS estaria disponível
para uso civil, assim que fosse considerado totalmente operacional.
� Em 1996, o Presidente Bill Clinton declarou oficialmente o GPS
como de uso dual, civil e militar
Sistema de Posicionamento Global - GPS
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� Ano 2000: governo norte-americano decide disponibilizar os sinais
GPS para a comunidade civil sem degradação (precisão atual 9m)
Sistema de Posicionamento Global - GPS
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Coleta de dados com sinal 
degradado (1 Maio 2000)
Coleta de dados sem 
degradação (3 Maio 2000)
Sistema de Posicionamento Global - GPS
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� Permite a qualquer usuário saber a sua localização, velocidade e tempo,
24 horas por dia
� Proporciona alta exatidão, bem como possui alto grau tecnológico
nos receptores GPS, o que levou a uma grande comunidade usuária
emergir nas mais variadas aplicações civis (navegação, posicionamento
geodésico e topográfico, etc.).
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COBERTURA
24 Horas 
transmissões 
continuas
Cobertura 
Global
cobertura completa 
desde abril de 1995
Qualquer 
tempo
atenuação 
minima
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P - V -T
� Posição
� Velocidade
� Tempo
Latitude
Longitude
Altitude
V Norte
V Oeste
V Vertical
U T C
coordenadas 3D
Velocidade e direção
Hora UTC
12 : 30 : 45 . 000000000
O GPS poder fornecer aos usuários :
Um dado por segundo
Sistema de Posicionamento Global - GPS
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� Princípio de navegação: consiste da medida das chamadas
pseudodistâncias* entre o usuário e quatro satélites.
� *É a medida de distância entre a antena do satélite, no instante de
transmissão do sinal, e a antena do receptor, no instante de recepção. É
chamada de pseudo (falso) porque existem erros inerentes na medição de
diferenças de tempo
� Velocidade do sinal – 299.792.458 m/s
(velocidade da luz no vácuo)
� Os sinais de satélite não estão no vácuo e sofrem
interferência da ionosfera – campo magnético
Se errarmos 0,1 segundo erramos 29.979km
GPS – mede o tempo de 1 nanosegundo
Se houver o erro pode chegar a 0,3m
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COMPONENTES DO SISTEMA
� SEGMENTO ESPACIAL: constituído por uma rede de no 
mínimo 24 satélites
� SEGMENTO DE CONTROLE: formado pelos centros de 
controle em terra que têm a função de monitorar a órbita e a 
sincronia dos satélites. Qualquer instabilidade detectada é 
corrigida pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos
�
SEGMENTO USUÁRIO: compreende a antena que capta os 
sinais enviados pelos satélites e o receptor que decodifica os 
sinais em diferentes canais, além de identificar os respectivos 
satélites que os enviaram, calcular e informar ao usuário seu 
posicionamento, velocidade e direção de deslocamento.
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COMPONENTES DO SISTEMA GPS
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SETOR ESPACIAL
� 24 satélites (4 por órbita)
� 6 planos orbitais igualmente espaçados em torno do equador
� 55 graus de inclinação em relação ao equador
� Período de aproximadamente 12 horas
� 20.200 km de altitude
� 7 satélites visíveis em qualquer ponto do globo.
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SATÉLITES GPS
Também referidos como Veículos Espaciais (SV), apresentam as 
seguintes características básicas:
� Peso: aproximadamente 1.500 Kg;
� Energia: Solar;
� Dimensões: cerca de 3 x 13 metros;
� Relógios Atômicos: 4 com precisão de 10-12 , ou seja, com 
estabilidade de 1 em 1.000.000.000.000 segundos, o que significa 
que levará cerca de 32.000 anos para adiantar ou atrasar 1 seg; 
� Vida útil Média: 12 anos.
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SATÉLITES GPS
� Transmissores: rádio frequências portadoras na banda de 
UHF e de baixa potencia, sendo as básicas designados de L1 
(1.575,42 MHz) e L2 (1.227,60MHz);
� Notas:
� Os sinais (L1 e L2) trafegam em linha direta, o que significa que, 
embora ultrapassem nuvens, vidros e plásticos, são obstruídos por 
objetos mais sólidos, tais como prédios e montanhas.
� Uma terceira rádio frequência denominada de L5 deverá ser 
liberada para uso geral.
SINAIS DO GPS
� Sinais de Uso Geral: rádio frequências L1 e L2 moduladas com o 
código C/A (Coarse/Acquisition) - Código Civil. 
� Esses códigos podem ser acessados por qualquer receptor GPS comum, 
livremente comercializado em todas as partes do mundo. 
� Em relação ao nível de serviço prestado, esses sinais são denominados de 
“serviço de posicionamento padrão” (SPS).
� Sinais de Uso Restrito: essas mesmas rádios frequências L1 e L2 
quando moduladas com os códigos P(Y), sendo P (código de precisão) 
referente e destinado a definições de posição com maior precisão e (Y) 
um código de proteção contra interferências e transmissões falsas, são 
de uso privativo do Governo dos EUA. 
� Os sinais com o código P(Y) só podem ser acessados por receptores 
especiais e não liberados para comercialização.
� Em relação ao nível de serviço prestado, esses sinais são denominados de 
“serviço de posicionamento de precisão” (PPS).
SINAIS DO GPS
� Os satélites transmitem sinais de rádio em duas frequências da 
banda –L.
� O sinal L1 trabalha na frequência 1575,42 MHz
� O sinal L2 trabalha na frequência 1227,60 MHz
Códigos do sistema: 
� Standard Positioning Service (SPS)
� Code C/A
� Uso civil – todos os usuários
� Precise Posicioning service (PPS)
� Código P criptografado
� Reservado para uso militar
Sinais muito fracos, superfícies 
sólidas interrompem a transmissão
Em 2010, iniciou-se o lançamento de uma nova 
geração de satélites GPS que transmitem em 
L2C . Esta nova geração transmite um código 
não encriptado em L2 especialmente pensada 
para os utilizadores Civis
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ERROS
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ERROS
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PRINCÍPIOS DE POSICIONAMENTO
� Interseção geométrica das distâncias medidas
� Distância calculada à partir dos tempos de propagação entre os satélites e o
usuário
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LOCALIZAÇÃO
A Trilateração do GPS, ou seja, processo que faz uso do conhecimento das
distâncias de cada satélite, cuja posição é conhecida a cada instante, a figura
geométrica a ser usada é a esfera, pois as transmissões de radiofreqüências
são unidirecionais, assim o receptor de GPS pode obter resultados
também em três dimensões (Latitude, Longitude e Altitude).
Do ponto de vista geométrico, somente três medidas de pseudo-
distâncias seriam suficientes. A quarta medida é necessária devido a
não sincronização dos relógios dos satélites com o do usuário.
APLICAÇÕES DO GPS
� NAVEGAÇÃO
� TRANSPORTE RODOVIÁRIO
� MARINHA� AVIAÇÃO
� AGRICULTURA
� GEODESIA
� TOPOGRAFIA
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GERÊNCIA DE FROTA
Segurança
Emergência
Correio
Transportes
publicos
Transporte de
marcadorias
Communicações
-Conexões
� Telefone 
celular
� Rádio
� Satelite
central de gerenciamento
TÉCNICAS DE 
POSICIONAMENTO GNSS
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TÉCNICAS DE POSICIONAMENTO GNSS
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O posicionamento com GNSS é efetuado a partir da fase de batimento da onda 
portadora e/ou da pseudodistância
� Fase da onda portadora: é sobre a qual é transmitido o sinal com a informação,
para facilitar a transmissão do sinal através dos meios físicos e adequar as frequências aos
sistemas de comunicação. Precisão muito superior à medida de distância
• Pseudodistância: medida de distância entre a antena do satélite, no instante de 
transmissão do sinal, e a antena do receptor, no instante de recepção. É mais utilizada em 
posicionamentos com precisão de ordem métrica.
Os satélites transmitam todos os sinais continuamente, mas nem todos 
os receptores são desenvolvidos para rastreá-los. 
Os receptores podem ser classificados, segundo sua utilização, como:
� Navegação
� Topográfico
� Geodésico
TÉCNICAS DE POSICIONAMENTO GNSS
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� Navegação: navegação terrestre, marítima e aérea, levantamentos com precisão de
ordem métrica.As observações utilizadas são as pseudodistâncias derivadas do
código C/A. Alguns programas permitam extrair as observações de pseudodistância e
da fase da onda portadora para posterior processamento.
� Topográfico: podem proporcionar posicionamento preciso quando utilizados em
conjunto com um ou mais receptores localizados em estações de referência. Estes
receptores são capazes de rastrear a fase da onda portadora L1 e o código C/A.
� Geodésico: receptores capazes de rastrear a fase da onda portadora nas 
duas frequências. Isso possibilita a sua utilização em linhas de base maiores que 10 km, 
pois é possível modelar a maior parte da refração ionosférica a partir do uso da 
combinação linear livre da ionosfera (ion free) durante o processamento dos dados. 
Normalmente estes receptores são utilizados na geodésia.
TÉCNICAS DE POSICIONAMENTO GNSS
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As técnicas de posicionamento são classificadas em:
• Estáticos 
• Cinemáticos
Em relação a metodologia adotada:
• Utilizando uma estação de referência: posicionamento relativo 
• Não utilizando uma estação de referência: posicionamento por ponto
Dependem: movimento da antena e disponibilidade das 
coordenadas (pós-processado ou tempo real)
Tipos de levantamento GNSS
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� Posicionamento por ponto
Menor precisão. 1 receptor. Navegação
Influência: a geometria dos satélites, ou seja, a 
posição dos satélites durante a observação. O 
efeito da configuração dos satélites é expresso 
pela DOP (Dilution Of Precison – diluição da 
precisão).
PDOP – Diluição de Precisão Posicional. Os valores mudam a medida que os 
satélites se movem em suas órbitas.
� Posicionamento por ponto preciso
Requer a utilização da pseudodistância e fase das ondas portadoras L1 e L2. Tem-se a 
redução dos efeitos de primeira ordem da ionosfera. 
Correção pós processada. É necessário copiar os arquivos de dados do receptor
para posterior processamento em software apropriado
Tipos de levantamento GNSS
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Fraca
Forte
PDOP 
Tipos de levantamento GNSS
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� Posicionamento relativo estático
As coordenadas são determinadas em relação a um referencial materializado
através de uma ou mais estações com coordenadas conhecidas. É necessário que
pelo menos 2 receptores coletem dados de, no mínimo, 2 satélites
simultaneamente, onde 1 dos receptores deve ocupar a estação com coordenadas
conhecidas, denominada de estação de referência ou estação base.
Neste posicionamento, tanto o receptor da estação
referência, quanto o da estação com coordenadas a
determinar, permanecem estacionários durante
todo o levantamento.
A duração do levantamento varia de 20 minutos
até várias horas.
Tipos de levantamento GNSS
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� Posicionamento por Ponto Preciso (PPP)
Este método de posicionamento está baseado na correção 
pós-processada, e refere-se a obtenção de uma estação 
coletada por receptores de duas frequências e em conjunto 
com os produtos de dados coletados pelo IBGE ( por 
exemplo)
OIBGE disponibiliza gratuitamente os dados
� Posicionamento relativo semicinemático (stop and go)
Visa determinar rapidamente o vetor e mantê-lo durante o 
levantamento das estações de interesse.
Tipos de levantamento GNSS
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� Posicionamento cinemático em tempo real (RTK)
Posicionamento com solução em tempo real, em função de dados transmitidos por
telemetria a partir de receptor estacionado sobre uma base, cujas coordenadas são
conhecidas
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� QUESTÕES