TREINAMENTO BÁSICO EM OPERAÇÃO DE GPS

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1 TREINAMENTO BÁSICO EM OPERAÇÃO DE GPS
TRIBUNAL DE CONTAS DO ESTADO DO PIAUÍ INSPETORIA DE OBRAS DIVISÃO DE ENGENHARIA TREINAMENTO BÁSICO EM OPERAÇÃO DE GPS Instrutores: Iury Francisco de Menezes Maniçoba – Aud. Fiscal de Controle Externo (engenharia) Francisco Leite da Silva Neto – Aud. Fiscal de Controle Externo (engenharia)

2 ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO
1 – REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA 3 – SISTEMA GPS 4 – RECEPTORES GPS 5 – AULA PRÁTICA

3 1 – REPRESENTAÇÃO DA TERRA
 TERRA - Características ● Massa NÃO homogênea ● Campo de gravidade variável (Função ~ densidade da matéria) ● Forma irregular

4 1 – REPRESENTAÇÃO DA TERRA
FORMAS DE REPRESENTAÇÃO Geoidal Definição: Superfície irregular onde cada ponto tem a mesma força da gravidade que a gravidade ao nível médio dos mares. Características: NÃO modelável matematicamente COM significado físico Elipsoidal Definição: Superfície matemática regular na forma de um elipsóide de revolução. Centro: centro de massa da Terra Características: Modelável matematicamente SEM significado físico Centro: centro arbitrário dependente dos parâmetros de definição do elipsóide

5 b a 1 – REPRESENTAÇÃO DA TERRA FORMAS DE REPRESENTAÇÃO - ILUSTRAÇÃO
Eq. Elipsóide de Revolução LEGENDA PARÂMETROS DO ELIPSÓIDE a  semi-eixo maior b  semi-eixo menor f  achatamento da elipse e  excentricidade da elipse ELIPSÓIDE SUPERFÍCIE DA TERRA GEÓIDE

6 USUÁRIOS DO SISTEMA GPS
2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA SISTEMA ELIPSOIDAL MISTO ELIPSÓIDE GLOBAL – DATUM GLOBAL: ELIPSÓIDE GLOBAL  + ADEQUADO  GEÓIDE GLOBAL APLICAÇÃO  FUNCINAMENTO DO SISTEMA GPS ELIPSÓIDE LOCAL – DATUM LOCAL: ELIPSÓIDE LOCAL (DATUM)  + ADEQUADO  PARTE DO GEÓIDE NO LOCAL DE LEVANTAMENTO APLICAÇÃO  RECEPTORES DE USUÁRIOS DO GPS SISTEMA GPS ELIPSÓIDE GLOBAL TRANSFORMAÇÃO DE COORDENADAS USUÁRIOS DO SISTEMA GPS ELIPSÓIDE LOCAL

7 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA
 SISTEMA ELIPSOIDAL MISTO - ILUSTRAÇÃO CENTRO DO ELIPSÓIDE GLOBAL Ponto de Datum VETOR DIFERENÇA Área de cobertura do elipsóide local CENTRO DO ELIPSÓIDE LOCAL GEÓIDE ELIPSOIDE GLOBAL ELIPSOIDE LOCAL ELIPSÓIDE LOCAL – DATUM LOCAL: DEFINIÇÃO “ Elipsóide de revolução que melhor representa (“melhor se encaixa” ) a superfície geoidal de uma dada região.” PONTO DE COINCIDÊNCIA ou PONTO DE DATUM “ Ponto referência onde há coincidência entre o elipsóide de revolução local e o geóide global.”

8 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA
ELIPSÓIDE GLOBAL – DATUM GLOBAL: Elipsóide global  World Geodetec System –1984 (WGS 1984) Nível de abrangência: Global ou planetário Data de utilização: 1987 Erro de posicionamento horizontal: + ou - 1 a 2 metros SISTEMA DE REFERÊNCIA LOCAL - BRASIL ELIPSÓIDE LOCAL – DATUM LOCAL: Elipsóide local  South American Datum (SAD-69) Nível de abrangência: América do sul Data de utilização: 1977 Ponto de Datum: Vértice CHUÁ – próximo a cidade de Uberaba (MG) ELIPSÓIDE ANTERIOR: Elipsóide Internacional de Hayford (1924) Datum CORRÉGO ALEGRE PRÓXIMO ELIPSÓIDE: Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS 2000)

9 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA
FATORES PARA TRANSFORMAÇÃO ENTRE DATUM (GLOBAL  LOCAL) Componentes do vetor diferença do geocentro  Ângulos de rotação dos três eixos (X,Y,Z)  Fator de escala entre Datum  s WGS 84 x SAD 69: EIXOS PARALELOS WGS 84 GEOCENTRICO SAD 69 - NÃO GEOCENTRICO WGS-84 SAD-69

10 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA
SIRGAS 2000: Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas “O SIRGAS 2000 compreende em um sistema geodésico de referência (sistema de coordenadas) que permite a localização geográfica de precisão de pontos nas Américas do Sul, Central e Norte.” Diferença: SAD 69 X SIRGAS 2000 Modelo Geoidal - SIRGAS ► SAD 69 é topocêntrica, ou seja, o ponto de origem e orientação está na superfície terrestre. ► SIRGAS 2000 é geocêntrica, ou seja, o ponto de origem é calculado no centro da terra (geóide). Obs.: Depois desta data, todos os trabalhos de georreferenciamento só terão validade legal se implementados usando o DATUM SIRGAS 2000. (MAPGEO2004)

11 H = h - N 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA
DATUM HORIZONTAL: ELIPSÓIDES MATEMÁTICOS DATUM VERTICAL: GEÓIDE H = h - N N  Altura ou ondulação geoidal h  Altitude elipsoidal (SEM sentido físico – dependente do elipsóide usado) H  Altitude ortométrica (COM sentido físico – independente do elipsóide usado) DATUM BRASILEIRO Nmax = 30 metros HORIZONTAL: SAD-69 VERTICAL: Cota Zero Imbituba – SC Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) – Referências de nível

12  - Latitude  - Longitude 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA
Projeção Geográfica (Latitude e longitude) DEFINIÇÃO: Projeção esférica geocêntrica que usa uma esfera de referência para representar elementos geográficos da superfície da Terra.  - Latitude  - Longitude h - Altitude Elipsoidal REFERÊNCIA: Direção N/S  Equador = latitude 0º Direção L/O  Meridiano Greenwich = longitude 0º

13 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA
PRINCÍPIOS DE PROJEÇÃO CARTOGRÁFICA (SIST. COORD.) DEFINIÇÃO: Procedimento matemático usado para transformar os elementos geográficos que estão sobre a superfície de referência (Elipsóide) para uma superfície de projeção (plana, cilíndrica ou cônica).” Superfície de projeção (Plana, cilíndrica ou cônica) Sup. de referência (Elipsóide) CURVO PLANO Distorções CURVA PLANO Projeção equivalente: Superfície de Projeção Preservar Área Referência Proj. Lambert Projeção equidistante: Superfície de Projeção Preservar Distâncias Referência Proj. UTM Projeção conforme: Superfície de Projeção Preservar Forma Referência Proj. Cônica

14 PROJEÇÃO UNIVERSAL TRANSVERSA DE MERCATOR
2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA TIPOS DE PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS Projeto Universal Transversal de Mercator (UTM) PROJEÇÃO DE MERCATOR PROJEÇÃO UNIVERSAL TRANSVERSA DE MERCATOR FUSOS CONTADOS A PARTIR DO MERIDIANO DE GREENWICH a 180º DESTE, NA DIREÇÃO LESTE

15 Meridiano Central do Fuso
2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA Projeto Universal Transversal de Mercator (UTM) DEFINIÇÃO: Projeção cartográfica que usa um cilindro secante a superfície elipsoidal de referência para representar elementos geográficos com a preservação da forma. VISÃO ESPACIAL Meridiano Central do Fuso Total de 60 fusos  Pequenas deformação de distâncias entre os paralelos 80 S e 84 N Meridiano Secante Meridiano Secante Paralelo 84º S Elipsóide de Hayford (1924) Superfície de Projeção Cilíndrica Secante Equador 0º Elipsóide Paralelo 80º S Fuso = 6º Obs.: O cilindro secante é rotacionado para adaptar-se cada um dos fusos da projeção UTM

16 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA
Exceto letra: I e O Projeto Universal Transversal de Mercator (UTM) FUSOS CONTADOS A PARTIR DO ANTI-MERIDIANO DE GREENWICH a 180º DESTE, NA SENTIDO LESTE

17 3 – SISTEMA GPS “O GPS ou NAVSTA-GPS (NAVigation Satellite with Time and Ranging GPS) consiste num sistema de radionavegação via satélite capaz de determinar a posição, velocidade e o tempo de um ponto sobre a superfície da Terra” CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA GPS  Sistema desenvolvida pelo Departamento de Defesa Americano DoD.  Permite elevada precisão de posicionamento Determina posição de um ponto na superfície da Terra em vários sistemas de coordenadas geográficas Sinal de navegação disponível 24 h por dia Permite a determinação da posição geográfica sob quaisquer condições climáticas Capacidade de integração com outros sistemas. Ex.: SIG, CAD, Estação total Rapidez e automação no levantamento de dados

18 3 – SISTEMA GPS SEGMENTOS GPS
Segmento Espacial, constituídos pelos satélites que transmitem os sinais usados no posicionamento GPS  Segmento de Controle, que é responsável pela manutenção do sistema  Segmento de Usuários, contendo todas as aplicações e tipos de receptores

19 3 – SISTEMA GPS SEGMENTOS ESPACIAL
21 satélites mais 3 reservas (Blocos II, IIA e IIR); 6 planos orbitais, com inclinação de 55º em relação ao equador; período de 12 horas siderais; altura de km; total cobertura terrestre.

20 3 – SISTEMA GPS SEGMENTO DE CONTROLE
O segmento de controle consiste de uma estação principal, uma rede mundial de estações monitoradas, e de estações de controle terrestres OBJETIVOS OPERACIONAIS Rastrear satélites para a determinação de órbitas e correção dos relógios, e modelagem periódica; Sincronizar o tempo dos satélites; Injetar nos satélites as mensagens contendo os dados que devem ser transmitidos aos receptores.

21 3 – SISTEMA GPS CARACTERÍSTICAS DOS SINAIS GPS
A função principal dos satélites é gerar e transmitir os sinais GPS (códigos, portadoras e mensagens de navegação)  Os sinais são derivados da frequência fundamental fo=10,23MHz Ondas portadoras: L1=154*fo=1.575,42MHz L2=120*fo=1.227,60MHz Códigos: C/A=fo/10=1,023MHz P=fo=10,23MHz

22 3 – SISTEMA GPS CARACTERÍSTICAS DOS SINAIS GPS
O código C/A (Coarse/Aquisition – Fácil Aquisição) é modulado apenas na portadora L1 O código P (Precise ou Protected – Preciso ou Protegido) que é reservado ao uso militar americano e a usuários autorizados Existe, ainda, o código Y, sendo gerado, entretanto, a partir de uma equação secreta Os receptores, de uma forma geral, podem ser classificados segundo as aplicações a que se destinam. E como as aplicações estão intimamente ligadas ao tipo de sinal GPS utilizado, os tipos de receptores diferenciam-se segundo a(s) componente(s) do sinal que é(são) rastreada(s) Basicamente, existem aqueles que se destinam às aplicações de posicionamento em tempo real (navegação), caracterizando-se pela observação do(s) códigos(s) C/A (e P); e os que são utilizados em aplicações estáticas, que observam a fase da(s) portadora(s) L1 (e L2).

23 3 – SISTEMA GPS SEGMENTO DE USUÁRIOS
O segmento de usuários é composto por dois grupos distintos, que são os usuários militares e os usuários civis. Os usuários civis podem ser divididos em dois grupos que são: os que utilizam o sistema para a navegação e os que o utilizam para cartografia

24 4 – RECEPTORES GPS ARQUITETURA BÁSICO DE RECEPTORES GPS
Sinal GPS (fraco) Oscilador de Tempo Processador Inicial Suprimento de energia Antena e Pré-Amplificador Rastreador de código Interface com o usuário (Display) Micro Processador Rastreador de fase da onda portadora Memória Interna e/ou Externa Descarregador externo de dados

25 4 – RECEPTORES GPS A ANTENA do receptor GPS
Capta o sinal GPS e o converte em corrente elétrica, amplificando o sinal e enviando-o para a parte eletrônica do receptor. Exemplos de tipo de Antena de receptor GPS:

26 Sinal de Alta Frequência Sinal de BAIXA Frequência
4 – RECEPTORES GPS O PROCESSADOR do Sinal GPS Converte o sinal GPS recebido em um sinal de baixa freqüência, mais fácil de ser trabalhados nos canais de rastreamento do sinal de navegação. Exemplos de tipo de Antena de receptor GPS: Processador Inicial Sinal de Alta Frequência Sinal de BAIXA Frequência Oscilador de Tempo (Quartzo) MICROPOCESSADOR Unidade de processamento de dados responsável pelo controle de todas as operações realizadas pelo receptor.

27 4 – RECEPTORES GPS CANAIS DE RASTREAMENTO DE SATÉLITES
☛ Conforme tipos de canais: a) Multicanais: Receptores que dispõem de vários canais paralelos onde cada canal efetua o rastreamento contínuo de um dos satélites GPS visíveis. b) Sequenciais: Receptores onde um mesmo canal efetua o rastreamento de satélites diferentes de forma alternada e períodica, sem o devido sincronismo com o sinal de navegação do satélite a) Multiplexados: Receptores onde um mesmo canal alterna o rastreamento de diferentes satélites de forma sincronizada com o sinal de navegação do satélite.

28 4 – RECEPTORES GPS INTERFACE com o usuário MEMÓRIA Tipo:
Permite ao usuário interagir com o receptor definindo parâmetros operacionais, configurando DATUM, registrando pontos e rotas, descarregando dados etc... Exemplo de Interface: Receptor GPS 60CS da GARMIN MEMÓRIA Permite ao usuário armazenar dados (pontos, rotas, mapas) no receptor GPS. Interna: unidade de armazenamento de dados intrínseco e não removível Tipo: Externa: unidade de armazenamento de dados removível, tipo cartão SD Exemplo de cartão SD memória externa

29 4 – RECEPTORES GPS QUANTO AO TIPO DE PORTADORAS RECEBIDAS
GPS de frequência simples – Portadora L1 Acesso ao código C/A Uso: navegação Precisão: 10 a 15m GPS de dupla frequência – Portadora L1 e L2 Acesso aos códigos C/A e/ou P Uso: militar e levantamento de alta precisão Precisão: 0,005 a 0,5m QUANTO AO TIPO DE APLICAÇÃO Receptores de Navegação: equipamentos de média precisão empregados em aplicações variadas (ex.: rastreamento veicular, posicionamento absoluto, trilhas etc...) Receptores Geodésicos: equipamentos de alta precisão usados para levantamentos de redes geodésicas de referência geográfica

30 4 – RECEPTORES GPS EXEMPLO: GPS Garmin 60CS

31 4 – RECEPTORES GPS

32 4 – RECEPTORES GPS ALGUMAS TELAS DE INTERFACE

33 4 – RECEPTORES GPS ACESSÓRIOS

34 4 – RECEPTORES GPS INTERCÂMIBIO DE DADOS: RECEPTOR <-> COMPUTADOR Software de Processamento de dados MapSource Receptor GPS Garmin 60CS Intercâmbio de dados bidirecional

35 www.leica-geosystems.com www.garmin.com www.trimble.com
4 – RECEPTORES GPS PRINCIPAIS FABRICANTES DE RECEPTORES GPS

36 4 – AULA PRÁTICA GRAVANDO UM PONTO
Passo 01 Passo 02 Passo 03 Passo 04 Passo 01: configurar o DATUM para o WGS 84 e o formato da posição Passo 02: ao ligar o receptor, deve-se aguardá-lo adquirir satélites Passo 03: aguardar uma precisão de menos de 15m Passo 04: gravar o ponto, lembrando de, também, anotar o nome e as coordenadas do ponto

37 4 – AULA PRÁTICA GRAVANDO UMA TRILHA
Passo 01 Passo 02 Passo 03 Passo 04 Passo 01: antes de iniciar uma gravação de trilha, apagar os registros de trilha existente, não as gravações Passo 02: com os registros da trilha zerados, iniciar a marcação da trilha Passo 03: ao chegar no ponto final da trilha, gravar Passo 04: na gravação, você deve anotar o nome da trilha e a distância percorrida

38 4 – AULA PRÁTICA TRANSFERINDO DADOS PARA O MAPSOURCE Passo 01
Passo 01: conectar o GPS (ligado) e clicar em “receber do dispositivo”, deixar marcados os itens pontos, rotas e pistas (trilhas) e depois clicar em receber Obs.: deve ser lembrado de configurar o MapSource para o DATUM WGS 84

39 4 – AULA PRÁTICA TRANSFERINDO DADOS PARA O MAPSOURCE Passo 02
Passo 02: após receber os dados do GPS, deverá ser salvo o arquivo, e assim fazer o uso devido (verificar as coordenadas de pontos, medir distâncias entre pontos, distâncias de trilhas, etc.)

40 4 – AULA PRÁTICA TRANSFERINDO DADOS PARA O GOOGLE EARTH Passo 01
A partir do MapSource Passo 01: abrir o arquivo salvo e clicar em “Exibir no Google Earth”

41 4 – AULA PRÁTICA TRANSFERINDO DADOS PARA O GOOGLE EARTH Passo 02
A partir do MapSource Passo 01: após receber os dados do MapSource, pode-se fazer o uso devido (verificar as coordenadas de pontos, medir distâncias entre pontos, etc.)

42 4 – AULA PRÁTICA TRANSFERINDO DADOS PARA O GOOGLE EARTH Passo 01
A partir do GPS Passo 01: conectar o GPS (ligado) e clicar em “ferramentas/GPS”, selecionar a marca do GPS e deixar marcados os itens de a importar e as opções

43 4 – AULA PRÁTICA TRANSFERINDO DADOS PARA O GOOGLE EARTH Passo 02
A partir do GPS Passo 01: após receber os dados do GPS, pode-se fazer o uso devido (verificar as coordenadas de pontos, medir distâncias entre pontos, etc.) Obs.: o DATUM utilizado pelo Google Earth é o WGS 84

44 MUITO OBRIGADO BOA SORTE!
TRIBUNAL DE CONTAS DO ESTADO DO PIAUÍ INSPETORIA DE OBRAS DIVISÃO DE ENGENHARIA MUITO OBRIGADO BOA SORTE! Instrutores: Iury Francisco de Menezes Maniçoba – Aud. Fiscal de Controle Externo (engenharia) Francisco Leite da Silva Neto – Aud. Fiscal de Controle Externo (engenharia) Contato: (Divisão de Engenharia)