GPS Conceitos Básicos Universidade Federal de Viçosa Departamento de Engenharia Agrícola Grupo de Agricultura de Precisão

O que é GPS Sistema de Posicionamento Global. Controlador:Departamento de defesa EUA. Originalmente militar, disponibilizado para uso civil na década de 90. Baseado em Satélites. Latitude/Longitude/Altitude/Hora GLONASS - sistema russo, equivalente ao GPS (menor número de satélites, mais voltado para a parte oriental do globo).

Funcionamento do Sistema 24 satélites, órbitas em torno de 20.000 km. Pelo menos 4 satélites disponíveis 24 h por dia em qualquer ponto da superfície terrestre.

Funcionamento do Sistema Satélites com órbitas conhecidas. Posição calculada pelo tempo entre a saída do sinal do satélite e a chegada no receptor. Distância = velocidade x tempo. Velocidade aproximadamente igual à velocidade da luz (3x108 m/s).

Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição Com 1 satélite: Estamos em algum ponto sobre a esfera 20.000 km 4 incógnitas: Latitude Longitude Altitude Hora

Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição 20.000 km 21.000 km Com 2 satélites: Interseção: circunferência

Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição Com 3 satélites: A interseção de três esferas são só dois pontos Um quarto satélite permite resolver o problema do relógio - é o que ocorre na prática.

Coordenadas Geográficas Latitude: ângulo entre um paralelo e o equador, varia de -90º (S) a +90º (N). Longitude: ângulo entre o meridiano de Greenwich e outro meridiano, varia de -180º (W) a +180º (E).

Coordenadas UTM Divisão globo em 60 zonas, a cada 6º longitude Unidade: metros Meridiano Central = 500.000 m. E Equador = 0 m. N (hemisfério Norte) = 10.000.000 m. N (hemisfério Sul)

Datum Parâmetros e pontos de controle utilizados para definir a forma tridimensional da terra. WGS 84 - Datum global, utilizado pelo GPS. SAD 69 - Datum utilizado para o Brasil. Elipsóide:Modelo matemático que define a superfície da terra, sendo que cada região possui um melhor ajustado. Geióde: Superfície de mesmo potencial gravitacional (equipotencial) melhor adaptada ao nível médio dos mares. Geóide Elipsóide

SAD-69 x WGS-84 Coordenada UTM do marco DEA

O Sinal GPS

O Sinal GPS O satélite GPS gera duas freqüências portadoras: L1 e L2 A freqüência L1 traz embutido o código CA, disponível para uso civil. A freqüência L2 traz o código P - uso militar. Quase todos os receptores GPS utilizam exclusivamente o código CA e a portadora L1.

Medição do Tempo Usa o mesmo código no satélite e no receptor, gerando o mesmo código ao mesmo tempo; Quando o código chega do satélite se conhece quanto tempo atrás o receptor gerou o mesmo código. Tempo medido pela diferença entre as mesmas partes do código do satélite do receptor

Quem usa código C/A ? Navegação SIG Levantamentos Topografia Aplicações com precisão entre < 1 e 5 metros

SEGMENTOS GPS Segmento Espacial Estações de Monitoramento Segmento do Usuário Colorado Springs Segmento de Controle

Segmento Espacial 24/25 satélites na constelação final 6 planos com inclinação 55° em cada plano 4 satélites Órbita muito alta 20.183 km período aprox. 12 horas precisão grande autonomia cobertura global

Tipos GPS Navegação - erros em torno de 20m.

Tipos GPS Topográficos - erros abaixo de 1m.

Tipos GPS Geodésicos - erros abaixo de 1 cm.

Tipos receptores GPS Os receptores mais exatos (“geodésicos”) analisam o código P e a portadora (onda) L1 e L2. Todos os receptores para exatidão em torno de 20m necessitam de correção diferencial.

Correção Diferencial Utilização de dois receptores funcionando simultaneamente, sendo que um permanece fixo (BASE) e outro é o móvel. A base deve estar instalada em ponto de coordenada conhecida. Princípio: como estão rastreando os mesmos satélites, no mesmo instante, o erro que for obtido na base será o mesmo para o móvel, permitindo ao software corrigir essa posição.

Correção Diferencial Correção pós-processada: A base e o móvel gravam os dados, os dados são transferidos para o computador após o levantamento e processados. Correção em tempo real: A base envia ao móvel o sinal de correção instantaneamente, via link de rádio. “Correção por satélite”: os dados de correção são enviados para o móvel utilizando-se satélites - muito utilizado em agricultura de precisão.

Diluição da Precisão Um indicador da estabilidade na posição resultante DOP depende da geometria da constelação Menor DOP --> posição mais precisa Maior DOP --> posição menos precisa HDOP = DOP horizontal VDOP = DOP vertical PDOP = DOP da posição, refere-se à geometria instantânea dos satélites

Vantagens do GPS Rapidez nos levantamentos; Os pontos não precisam ser visíveis entre si; Qualidade dos serviços e precisão; Grande integração com SIG; Baixo custo do levantamento; Coordenadas e altitude reais; Facilidade de operação; Trabalho de dia ou à noite, em qualquer condição de tempo.

Limitações do GPS Dificuldade para trabalho em áreas urbanas ou com obstruções físicas - multicaminhamento. Sinal bloqueado Sinal refletido Sinal direto Levantamento de pequenas áreas. Levantamentos altimétricos.

Aplicações do GPS Navegação aérea, marítima e terrestre; Levantamentos topográficos e geodésicos; Mapeamento; SIG; Orientação de máquinas; Monitoramento de veículos; Agricultura de precisão; etc....

Agricultura de Precisão “A Agricultura que Precisamos” Mais Alimentos com Menor Poluição do Meio Ambiente “A Agricultura que Precisamos” Varella, 2000 Grupo de Agricultura de Precisão UFV - DEA