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Noções de Sistema de Informações Geográficas: Sistema GPS José Fernandes Bezerra Neto, MSc. UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab.

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1 Noções de Sistema de Informações Geográficas: Sistema GPS José Fernandes Bezerra Neto, MSc. UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios

2 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s2 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Sistema de Posicionamento Global - GPS O GPS (Global Positioning System) é um sofisticado sistema eletrônico de navegação desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos EUA, baseado em uma rede de satélites que permite localização instantânea em qualquer ponto da Terra. Seu desenvolvimento iniciou em 1978, tendo sido projetado inicialmente para uso militar dos EUA. Basicamente, o sistema GPS é composto de três partes denominadas segmento espacial, segmento de controle e segmento usuários.

3 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s3 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios 1978 – Satélites NAVSTAR – GPS GPS: Global Positioning System Limitado às forças militares dos E.U.A. Precisão: 10 m Receptor simples e leve 1983 – Acesso público limitado ao GPS Precisão para civis: 100 m SA: Selected Availability 2000 – Acesso público completo ao GPS Precisão normal: 10 m Precisão assistida (GPS diferencial): < 3 m Sistema de Posicionamento Global - GPS

4 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s4 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Garante: Precisão de Navegação = m Cobertura mundial 24 horas de acesso Sistema de Coordenadas Comum Datum WGS 84 Projetado para substituir os sistemas de navegação existentes Acesso Civil e Militar Sistema de Posicionamento Global - GPS

5 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s5 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Segmento Espacial 27 satélites (20200 km) 4 relógios atômicos (3 back- ups) monitorados e controlados em terra Segmento do Usuário Receptores de Sinal GPS Relógio de quartzo Segmento de Controle 1 Estação Master 5 Estações de monitoramento Componentes do Sistema GPS

6 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s6 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Estação Central de Controle Estações Monitoras Hawaii Ascención Diego Garcia Kwajalein Colorado Springs correção dos relógios atômicos dos satélites definição os modelos ionosféricos estimar parâmetros orbitais garantir a integridade do sistema coordenar manobras e monitorar a saúde dos satélites receber os sinais emitidos dos satélites coletar dados meteorológicos transmitir dados para a Estação Master Segmento Controle

7 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s7 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios A finalidade do GPS é determinar a posição de um objecto na superfície da Terra em 3 dimensões: longitude, latitude e e altitude. Sinais provenientes de 3 satélites fornecem esta informação. Funcionamento do GPS

8 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s8 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Campinas 50 Km Imagine que você esteja em algum lugar do Brasil e que esteja TOTALMENTE perdido. Você encontra uma pessoa que lhe dá a seguinte informação: Você está a 50 km de Campinas Você poderia estar em qualquer lugar em um círculo em voltada de Campinas, com um raio de 50 Km. O princípio da trilateração (2D)

9 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s9 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Campinas 50 Km Rio Claro 70 Km Você pergunta a uma outra pessoa que lhe diz: Você está a 70 Km de Rio Claro. O princípio da trilateração (2D)

10 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s10 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Campinas 50 Km Rio Claro 70 Km Sorocaba 80 Km Se uma terceira pessoa lhe disser que você está a 80 Km de Sorocaba você poderá determinar sua posição com precisão O princípio da trilateração (2D)

11 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s11 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Funcionamento do GPS Três esferas se interceptam em um ponto. 3 distâncias para resolver a Latitude, a Longitude e a Elevação.

12 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s12 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios A 4ª medição permite resolver (remover) o erro do clock (tempo) do receptor Funcionamento do GPS Uma dificuldade: o relógio do receptor não é tão preciso como os relógios atômicos dos satélites. Por isso, um sinal de um 4º satélite é utilizado para averiguar da precisão do relógio do receptor. Este 4º sinal permite ao receptor processar os sinais GPS com a precisão de um relógio atômico.

13 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s13 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios 4 distâncias para encontrar a Latitude, a Longitude, a Elevação e o Tempo Funcionamento do GPS

14 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s14 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Dificuldades a superar: os sinais trocados entre relógios a diferentes altitudes estão sujeitos aos efeitos da Relatividade Geral; por outro lado, o movimento do satélite e a rotação da Terra devem ser tomados em conta. Sem a consideração destes efeitos o GPS seria inútil. Funcionamento do GPS

15 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s15 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Cada satélite transmite uma série de sinais Os sinais compreendem: - 2 ondas - L1 e L2) - 2 códigos - C/A em L1 e P em L1 e em L2 (P1 e P2) - Mensagens sobre os satélites e sua órbita Freqüência fundamental MHz Freqüência fundamental MHz x 154 x 120 L MHz L MHz Código C/A MHz Código P MHz ÷ bps Mensagens (Almanaque & Efemérides) Estrutura do sinal GPS

16 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s16 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Os satélites GPS são sistemas unidirecionais de emissão, isto é, os sinais são transmitidos somente pelos satélites. Os sinais se propagam das antenas dos satélites até as antenas dos receptores. Durante a propagação, os sinais estão sujeitos aos seguintes efeitos: Atraso de propagação na ionosfera e troposfera; Efeito de multi-encaminhamento; Efeitos marginais de sinais, devido a posição do satélite no horizonte; Componentes dos sinais dos satélites

17 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s17 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Os sinais GPS transmitem as informações de tempo via ondas de rádio. Os sinais GPS precisam atravessar várias camadas diferentes da atmosfera. A medida que elas atravessam essas camadas, o sinal sofre atraso. Esses atrasos são traduzidos em erros nas distâncias usadas para calcular a posição do receptor. Erro – Ionosfera ~ 5.0 m; Troposfera ~ 0,5 m Km 50 Km Troposfera Ionosfera 1000 Km Erros de observação

18 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s18 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Infelizmente os receptores não são perfeitos. Eles adicionam erros ao sistema. Ruído interno do receptor. Erro ~ 0. 3 m Atraso do relógio interno Erro ~ 5. 0 m Erros do receptor

19 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s19 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Quando um sinal GPS chega a Terra ele pode refletir-se em vários obstáculos. Inicialmente a antena recebe o sinal direto do satélite, em seguida, ela recebe os sinais refletidos. Erro ~ 0.6 m Erros de multi-encaminhamento

20 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s20 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios DGPS envolve a cooperação de dois receptores, um que é estacionário e outro móvel; O estacionário é a chave de todo processo, ele serve de referência local para as medições dos satélites. Vetor da linha base B A GPS Diferencial - DGPS

21 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s21 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios A idéia por trás do DGPS é simples: nós temos um receptor que mensura o erro do sinal do satélite e que transmite a correção para o transmissor móvel. GPS Diferencial - DGPS

22 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s22 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Existem uma série de estações-base públicas e privadas que transmitem correção de dados para receptores DGPS. No Brasil, entre as públicas e gratuitas nós temos: - A Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC), mantida pelo IBGE; - Rede INCRA de Bases Comunitárias do GPS - Estações-base da Marinha GPS Diferencial – Estações-base

23 Developed by: Host Updated: U4-m16.2-s23 UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Correção em tempo real via satélite GPS Diferencial - DGPS


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