Sistema de Posicionamento Global - GPS- Faculdade de Ciências Aplicadas e Sociais de Petrolina- FACAPE Tópicos Avançados de Sistemas de Informação Sistema de Posicionamento Global - GPS- Cynara Carvalho cynaracarvalho@yahoo.com.br

História Décadas de 70 e 80 – Departamento de defesa dos Estados Unidos desenvolveu um sistema de navegação por satélites denominado GPS (Global Positioning System). Os principais objetivos do GPS são: auxílio à radio navegação em três dimensões com elevada precisão nos cálculos de posição; navegação em tempo real; alta imunidade a interferências; cobertura global, 24 horas por dia; Rápida obtenção das informações transmitidas pelos satélites.

História O Sistema de Posicionamento Global (Global Positioning System) é composto por um conjunto de satélites que são lançados na órbita terrestre, emitindo sinais de rádio que podem ser captados em qualquer ponto do planeta.

Finalidade A sua principal finalidade é proporcionar, em termos genéricos, os meios necessários para, rapidamente e de forma eficaz, determinar-se a posição tridimensional de qualquer ponto localizado no globo terrestre (ou perto dele) a qualquer instante.

Funcionamento Para o funcionamento do sistema GPS são considerados os seguintes pontos: Triangulação; Distância; Relógio; Posicionamento; Coordenadas; Erros

Funcionamento Triangulação a partir dos satélites é a base dos sistemas; Para triangular, o GPS mede as distâncias utilizando o tempo de viagem de uma mensagem de rádio; Para medir esse tempo o GPS necessita de um relógio muito exato; Conhecida a distância até ao satélite, necessita-se saber em que lugar do espaço o satélite se encontra. Como o sinal do GPS viaja através da ionosfera e atmosfera da Terra ele sofre um atraso.

Funcionamento TRIANGULAÇÃO Na triangulação, são necessários, no mínimo, um conjunto de 4 satélites. O recurso a um segundo satélite permite reduzir a incerteza a um círculo (intersecção de duas esferas). O terceiro satélite utilizado intersecta o círculo anterior em dois pontos. O quarto satélite é finalmente utilizado como auxiliar. Envia ao receptor um quarto sinal que o auxilia a determinar o tempo preciso em que ocorrem as emissões. Deste modo um sistema de posicionamento global pode averiguar, de forma segura, a posição absoluta de um dado utilizador.

Funcionamento DISTÂNCIA Sabe-se que a distância é calculada como Velocidade x Tempo. A distância aos satélites é calculada através do tempo de propagação. O satélite e o receptor geram pseudo-códigos (próprios a cada satélite) ao mesmo tempo. Sincronizando esses códigos pseudo-aleatórios, o atraso na recepção pode ser calculado. Esse atraso multiplicado pela velocidade de propagação dá a distância à qual se encontra o receptor do satélite.

Funcionamento RELÓGIO A indicação temporal necessária ao funcionamento do sistema requer, entre satélites e receptores a sincronização e a localização dos satélites, através do sistema de coordenadas. Nos satélites se utilizam relógios atômicos. Todos os satélites estão sincronizados e enviam os seus códigos em momentos específicos, então as unidades em Terra sincronizam os seus tempos por estes satélites.

Funcionamento POSICIONAMENTO A precisão da localização depende do número de satélites que o receptor do GPS está detectando. Deste modo para calcular com precisão a posição do utilizador, basta receber em boas condições o sinal de apenas quatro destes satélites. Com pelo menos 3 satélites na visão do receptor do sinal, isto é, na linha de vista, pode se calcular a latitude e a longitude. Se estiverem 4 satélites na visão do receptor então pode calcular-se também a altitude. Em média, 8 satélites estão continuamente na linha de visão em todas as posições do planeta. Quanto mais satélites existirem à vista, mais preciso é o cálculo da posição.

Funcionamento POSICIONAMENTO Os sinais de rádio dos satélites conseguem passar através das nuvens, vidro, plástico e outros materiais mais leves, mas em certos ambientes e condições estruturais podem prejudicar a precisão do sinal do satélite. O sinal não irá funcionar debaixo da terra ou em sítios fechados. O AGPS (assisted GPS) ajuda a resolver este problema hoje. Determinando qual torre o dispositivo móvel está usando, pode-se dar uma aproximação da posição em que se encontra o utilizador.

Funcionamento COORDENADAS Latitude = Graus medidos em direção Norte a partir do equador; Longitude = Graus medidos a partir do meridiano de Greenwich, Este ou Oeste; Altitude = Distância acima do nível médio da água do mar.

FUNCIONAMENTO Erros Relógio de satélite: o tempo não é preciso a bordo dos satélites. No entanto, dado que não é possível integrar um relógio atômico no receptor, o relógio deste é responsável pela introdução de uma imprecisão bastante superior à do satélite. Erros de órbita: conhecidos como erros de “ephemeris”, representam imprecisões na localização divulgada pelo satélite. Atrasos na Troposfera e Ionosfera: erros devido ao atraso do sinal ao atravessar as camadas da atmosfera terrestre. Multipercursos: erros devido à recepção de mais que um sinal proveniente da mesma fonte. Não pode ser facilmente quantificado, pois depende da zona onde se efetua a recepção (se em campo aberto, se em área urbana)

Funcionamento O sistema de satélite é suportado por várias estações terrestres que monitorizam os dados enviados pelos satélites e transmitem os dados corrigidos de volta aos satélites. À medida que os satélites andam à volta da Terra eles enviam dois sinais de rádio diferentes designados como L1 e L2. L1, por exemplo, destina-se a uso civil e transmite os dados que podem ser lidos por civis de forma a determinar a sua localização.

Funcionalidade do GPS A principal função do GPS é a navegação O aparelho disponibiliza várias informações, tais como: Waypoints: são coordenadas que representam lugares específicos, como cidades, praças, pontes, cruzamentos, etc. Trilhas: é uma seqüência de coordenadas que registram um caminho percorrido pelo utilizador; Rotas é uma seqüência de waypoints que formam um percurso planejado de viagem;

Funcionalidade do GPS Go to: indica um ponto de destino e ele fornece a direção a ser seguida para se chegar a esse ponto; Track Back: voltar ao ponto de origem seguindo a trilha inicial ou pedindo ao GPS para criar uma rota de retorno, que também levará ao ponto inicial mas economizará alguns contornos. Distância entre dois pontos: esta função permite que o GPS calcule a distância entre quaisquer waypoints que estejam gravados. A capacidade de cada GPS poder ou não executar uma ou outra função, depende da sua marca e modelo.

Vantagens Extremamente preciso; Cobertura mundial por 24h; Qualquer condição de tempo; Sistema estável (órbita elevada); Serviço gratuito.

Desvantagens Requer equipamentos adicionais; Ambientes urbanos comprometem a precisão: - vegetações densas; - vales estreitos.

APLICAÇÃO A crescente introdução do GPS em dispositivos móveis tem o potencial para criar uma nova era para serviços baseados na localização (LBS). São usados tipicamente em áreas urbanas podendo não ter uma visão clara do céu devido aos edifícios e outras estruturas que criaram um obstáculo na manutenção da força do sinal da rede GPS. Através de uma rede de LBS é possível reunir dados de forma a aproximar a posição do utilizador.

APLICAÇÃO Point-to Discover O projeto Point-to-Discover descreve a utilização de GPS para dispositivos móveis, explorando um novo paradigma: em conjunto com modelos 3D de terrenos urbanos, os dispositivos móveis podem atuar como ponteiros virtuais para serviços e informações ligadas a localizações geográficas como edifícios e terrenos. Por exemplo, os utilizadores podem receber informação sobre tráfego urbano, tempo estimado da partida ou comprar bilhetes online simplesmente apontando o dispositivo móvel para um local de vendas.

APLICAÇÃO Point-to Discover Ao usar a detecção através da posição e da orientação, o dispositivo móvel funciona como um apontador no modelo virtual 3D do mundo real

APLICAÇÃO WIKITUDE Wikitude apresenta ao utilizador informação sobre o que o rodeia, como o nome de terrenos, e outros pontos de interesse sobrepondo a informação à imagem captada em tempo-real pela câmara do dispositivo. Este projeto é aplicado na navegação tridimensional juntando informação de pontos de interesse sobre a imagem capturada.

APLICAÇÃO MoViSys O sistema MoViSys permite a visualização de informação geo-referenciada organizada por categorias (por exemplo, Hotel, Restaurante, Área de Serviço) cada uma delas com múltiplos atributos (para a categoria Restaurante: Preço, Tipo, Classificação, entre outros) em dispositivos móveis. Os pontos de interesse são representados por ícones sobrepostos a um mapa. Neste sistema a interface de pesquisa é construída dinamicamente

Utilidades do GPS Algumas bastante comuns como: Veículos de emergência; Veículos de entrega de mercadoria; Serviços para empresas “controlarem ” trabalhadores (táxis); Automóveis pessoais; Aviação geral e comercial e também na navegação marítima; Uso militar; No Telemóvel Para levantamento topográfico

Futuro do GPS O GPS constitui um vasto serviço de utilidades, no entanto há quem afirme já que se irá tornar tão básico como o telefone; Poderá ser o produto substituto dos telemóveis e PDA´s. A competitividade entre as marcas passará pela distinção,polivalência e inovação dos seus produtos; O reconhecimento da voz sem gravação é a última novidade ( rua, lote....)