Mobile Computing -GPS (Global Positioning System) em rastreamento de veículos Prof. Edson Ceroni

02 Rastreamento de veículos 03 Modelos / fornecedores de serviços Índice 01 GPS 02 Rastreamento de veículos 03 Modelos / fornecedores de serviços 04 Pontos fracos / fortes e dificuldades

HISTÓRIA RÁDIO-NAVEGAÇÃO 1912 até II Grande Guerra - equipamento para rádio-navegação - uso de sinais de rádio para determinar a posição (sem muita precisão) II Grande Guerra - desenvolvimento do RADAR – Radio Detection And Ranging - capacidade de medir lapsos de tempo entre emissão/recepção de ondas de rádio. Décadas de 60 e 70 - utilização de satélites artificiais introduziu novos sistemas de navegação (TRANSIT, TIMATION, SYSTEM 621B, NTS) - resolveram alguns desses problemas

FUNCIONAMENTO RADAR Determinação da posição - mede-se o lapso de tempo dos sinais provenientes de locais conhecidos. Sinais de rádio são emitidos de transmissores exatamente ao mesmo tempo e com mesma velocidade de propagação. O receptor localizado entre os transmissores detecta qual sinal chega primeiro e o tempo até a chegada do segundo sinal. Se o operador conhece as exatas localizações dos transmissores, a velocidade das ondas de rádio e o lapso de tempo entre os dois sinais, ele pode calcular sua localização em uma dimensão Se usarmos três transmissores, podemos obter uma posição bi-dimensional, em latitude e longitude.

OBJETIVOS Os principais objetivos do GPS são: Auxíliar a rádio-navegação em três dimensões com elevada precisão nos cálculos de posição. Permite navegação em tempo real; Provê comunicação com alta imunidade a interferências; Permitir comunicação cobertura global, 24 horas por dia; Efetuar rápida obtenção das informações transmitidas pelos satélites.

Atendimento Via Satélite

FUNCIONAMENTO Sistema declarado totalmente operacional em l995 Custo - 10 bilhões de dólares 24 satélites que orbitam a terra a 20.200 km duas vezes por dia e emitem simultaneamente sinais de rádio codificados, sendo a sua pior precisão 15 metros; a melhor, 1 metro. Utilização de relógios atômicos de altíssima precisão. Militares americanos implantaram duas opções de precisão: para usuários autorizados (eles mesmos) e usuários não-autorizados (civis). Os receptores GPS de uso militar têm precisão de 1 metro e os de uso civil, de 15 a 100 metros.

Espectro de onda

GPS Como outros sistemas de rádio-navegação, todos os satélites enviam seus sinais de rádio exatamente ao mesmo tempo, permitindo ao receptor avaliar o lapso entre emissão/recepção. A hora-padrão GPS é passada para o receptor do usuário. É a referência de tempo mais estável e exata jamais desenvolvida. GPS emite sinais de rádio especialmente codificados os quais quando processados pelo receptor GPS permitem o cálculo de sua posição, velocidade e tempo.

GPS O receptor tem que reconhecer as localizações dos satélites. Uma lista de posições, conhecida como almanaque, é transmitida de cada satélite para os receptores. Controles em terra rastreiam os satélites e mantém seus almanaques acurados. O sistema é composto por três seguimentos: Segmento Espacial (Satélites), Segmento de Controle (Departamento de Defesa, USA) e Segmento do Usuário.

Posicionamento Ionosfera Troposfera Ionosphere is a layer of the atmosphere filled with charged particles that delay the signal from the satellite to the receiver. With short baselines, less than ten kilometers, the effect are almost equal, and will be canceled out of the solution.

Segmento Espacial  O Segmento Espacial consiste de satélites GPS chamados de SV (Space Vehicles) -constelação padrão - 24 satélites orbitando a terra.. Altitude – permite que a órbita do satélite repita a mesma cobertura na terra a cada 24 horas (4 minutos mais cedo a cada dia) A constelação permite ao usuário a visibilidade de 5 a 8 SV em qualquer ponto da terra 

Segmento de Controle  Formado por estações de rastreamento de satélite localizadas em pontos específicos do globo. Controle central - Base de Schriever da Força Aérea Americana no Colorado. As estações de monitoramento medem o sinal transmitido pelos SV e calculam o ephemeris (informação precisa sobre a órbita do satélite) e correções do relógio (clock) para cada SV.

Segmento de Controle

Segmento do Usuário O segmento do usuário é formado pelos receptores GPS (móveis em geral) e pela comunidade de usuários GPS que utiliza o sistema para localização, navegação, topografia, etc.

Sinal do satélite GPS O SV transmite em duas frequências (microwave carrier phase): L1 e L2 Carrier Phase L1: Frequência: 1579,42 MHz contém: Mensagem de navegação (ephemeris) Código SPS (código C/A, Coarse/Aquisition)   Carrier Phase L2: Frequência: 1227,60 MHz Utilizado para calcular o retardamento devido a ionosfera pelos equipamentos dotados de capacidade para PPS. Não sofre efeito da ionosfera.

DADOS DO GPS A mensagem de navegação do GPS consiste de dados na forma binária transmitidos a um certo sequênciamento temporal que marca o tempo de transmissão de cada sub-frame (grupamento de dados).   A frame consiste de 1500 bits divididos em cinco subframes de 300 bits cada. Um frame de dados é transmitido em 30 segundos (seis segundos por subframe).  

ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS RASTREAMENTO DOS SATÉLITES Um receptor rastreia um satélite pela recepção de seu sinal. Quatro satélites são necessários para obtenção de uma posição fixa tridimensional - desejável - mais de quatro satélites simultaneamente. Devido ao deslocamento, o sinal de algum satélite pode ser bloqueado por algum obstáculo, restando satélites suficientes para orientá-lo. A maioria dos receptores rastreia de 8 a 12 satélites ao mesmo tempo.

ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS RASTREAMENTO DOS SATÉLITES Um receptor não é melhor que outro por rastrear mais satélites. Rastrear satélites significa conhecer suas posições. Não significa que o sinal daquele satélite está sendo usado no cálculo da posição. Muitos receptores calculam a posição com quatro satélites e usam os sinais do quinto para verificar se o cálculo está correto.

GEOMETRIA DOS SATÉLITES ‘ Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem na mesma região do céu, sua geometria é pobre. O receptor pode não ser capaz de se localizar, pois todas as medidas de distância provém da mesma direção geral. Triangulação pobre e a área comum da intersecção das medidas é muito grande (isto é, a área onde o receptor busca sua posição cobre um grande espaço) - mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é boa.

RASTREAMENTO DE VEÍCULOS O surgimento de várias empresas que comercializam sistemas de rastreamento de frotas utilizando satélite se deve a um simples fato: o aumento ano após ano do número de ocorrências envolvendo roubos de cargas. Caminhões rastreados por satélite -> Necessidade diante de furtos Antes o volume de cargas transportadas era pequeno, comparado aos níveis atuais e os perigos que rondavam as estradas eram outros.

RASTREAMENTO DE VEÍCULOS O crescimento da indústria de roubo de cargas aumentou com o passar do tempo e o crescimento do valor agregado transportado, o que elevou muito o prejuízo dos transportadores e embarcadores - principal alavanca que acelerou o crescimento da indústria de rastreamento de veículos de carga por meio de satélite. Uma das primeiras empresas a iniciar este tipo de serviço no País foi a Autotrac, no início de 1994.

EXEMPLOS Controlsat - Grupo Schahin - possui produtos para o setor - Controlcel, um sistema de gerenciamento de frotas e de veículos para cidades. Combat Tecnologia em Segurança - dispõe de tecnologia de ponta, produtos voltados para o mercado de rastreamento: HF Codan - Rastreamento e Comunicação em Longas Distâncias e o Micro Transmissor - sistema portátil para localização de cargas roubadas. Ariasat Orbcomm - possui sistema que proporciona a transmissão de dados bidirecional para o gerenciamento e segurança de frotas.

EXEMPLOS Permite a troca instantânea de mensagens entre os veículos e suas bases de operação, possibilitando uma comunicação eficiente e sigilosa entre as partes e a automação das atividades de campo. Transmissão os dados sobre localização (informados elo GPS), segurança e de comunicação para o satélite BrasilSAT, que os retransmite para a Central de gerenciamento da Autotrac, tornando-os disponíveis para o cliente com total sigilo. O caminho inverso da comunicação é possível pois o sistema é bidirecional.

EXEMPLOS Canal exclusivo no satélite de comunicação BrasilSAT - através deste canal ou transponder, as mensagens do sistema são transmitidas, o que garante o diferencial em desempenho, velocidade e de sua extensa área de cobertura. A utilização deste transponder, agrega uma série de vantagens para os usuários finais.

Modelos de receptores

Pontos Fracos no modelo de negócio Custo inicial de aquisição de HW/SW Baixa participação de mercado (market share)

Principais provedores de serviços de Satélite Hughes Telesphazio

Pontos fortes e vantagens competitivas Cobertura Global Aumento de demanda Alta Disponibili- dade Embarcado em novos veículos Tecnologia estável

Outras duvidas ? edson.ceroni@gmail.com MSN: ceroni10@hotmail.com