Sistemas de Posicionamento Global Introdução e Fundamentos

X Como funciona: Eu sei onde estou! Sinal Onde estou? Também ocorre... Agora eu sei onde estou!

Um sistema de localização sobre a Terra; O que é? Um sistema de localização sobre a Terra; Aparelhos que sabem sua posição enviam sinais de radiofrequência aos que não sabem; Possível ter disponibilidade 24 horas por dia e por todo o globo; Trabalha com latitude, longitude, altura e data/hora (?!);

Projetos de posicionamento por satélites em destaque Há apenas dois projetos em operação: GPS - NAVSTAR / EUA: Declarado operacional em 1995; Glonass / Russo: Desde 2008, ainda em ajustes. Há dois em implantação: Galileo / Europa: Previsão 2013; Compass / China: Previsão 2010/2011.

GPS/NAVSTAR – Sistema Americano Transmite latitude, longitude, altura e data/hora; Sistema referencial geodésico: WGS84; Cobertura global – 28 satélites controlados por estações terrestres; Posição com 4 satélites ou 3 satélites + altura; Oferece dois serviços: Militar: precisão de 1 metro; Civil: antes de 1995, com Disponibilidade Seletiva, precisão de 15 a 100 metros; depois de 1995, precisão de 10 a 30 metros;

Qual é o princípio da localização? (Analogia) A luz do Sol chega a Terra em 8 minutos! Se a velocidade da luz é 300.000 Km/s, qual é a distância Terra-Sol? 8 x 60 s x 300.000 Km/s = 144.000.000 Km

Qual o princípio da localização? Os satélites enviam através de radiofrequência sua localização e a data e hora; O receptor por sua vez calcula o tempo de propagação do sinal, sabendo sua distância do emissor; Precisa-se de quatro sinais de satélites distintos para uma localização exata;

Qual o princípio a localização? Onde estou?????? (IDEAL) Sei que estou a 20.000 Km de um satélite que conheço sua localização! 20.000 Km Quatro variáveis envolvidas: - Latitude - Longitude - Altura - Tempo Estou sobre algum lugar na superfície dessa esfera!

Qual o princípio a localização? Onde estou?????? (IDEAL) Sei também que estou a 22.000 Km de outro satélite, onde conheço sua localização... Estou sobre algum lugar da circunferência!

Qual o princípio a localização? Onde estou?????? (IDEAL) E assim por diante. Agora com um terceiro satélite: Estou sobre algum dos dois pontos...

Qual o princípio a localização? Onde estou?????? (IDEAL) Por fim, o quarto satélite... Estou aqui!

Erros no sistema – a prática não é o ideal No sistema há erros introduzidos por diversas fontes; Esses erros diluem a precisão da localização na superfície da Terra;

O que ocorre: Interferências O receptor tem a posição incorreta do emissor!

Veremos a seguir as principais fontes de erro do sistema GPS; Alguns dos erros são mitigados pelo receptor, outros requerem técnicas mais sofisticadas e outros são insolúveis;

Erro do relógio do satélite O tempo é um fator primordial; O relógio atômico do satélite tem precisão finita; Desta forma, as informações de tempo do satélite contém erro;

Erro de efemérides dos satélites A precisão da localização do satélite também tem precisão finita; Desta forma, o emissor transmite sua posição com um certo nível de imprecisão;

O relógio do receptor tem precisão pior do que o do satélite; Erros do receptor O relógio do receptor tem precisão pior do que o do satélite; O receptor tem limitações na precisão dos cálculos que realiza; Erro de multi-trajeto (multipath);

Atrasos troposféricos e ionosféricos O sinal propagado sofre retardo e alteração de fase devido a partículas polarizadas e vapor de água; Desta forma o satélite parece mais distante do que está;

Dilution of precision - DOP Os erros vistos anteriormente afetam cada reconhecimento de posição dos satélites – normalmente quatro; O cálculo da posição do receptor depende de cada cálculo da posição de cada satélite; Desta forma, os erros se relacionam...

Dilution of precision - DOP A posição (geometria) dos satélites afetam a precisão da localização do receptor; Quanto mais centrados numa mesma região do céu, pior; Chamados esse evento de Diluição de Precisão ou Dilution of precision ou apenas DOP;

Dilution of precision - DOP Pior Melhor Quanto maior o volume do tetraedro, melhor!

Dilution of precision - DOP DOP melhor

Dilution of precision - DOP DOP pior

Dilution of precision - DOP DOP é um fator multiplicativo ao erro – quanto menor, melhor; Como a posição dos satélites varia no tempo, o DOP também varia; Quando há mais de 4 satélites acessíveis, o receptor tende a escolher os que fornecem um menor DOP;

Métodos de Posicionamento São essencialmente dois métodos: Absoluto; Relativo.

Método Absoluto Apenas um receptor – como ilustrado nos exemplos até agora; Mais utilizado na navegação; Menor precisão; Coleta de pontos ao longo do tempo não melhora significativamente a precisão;

Previsão de erro pelo Método Absoluto Erro do relógio do satélite: 60 cm Erro de efemérides: 60 cm Erros dos receptores: 120 cm Atmosférico/Ionosférico: 360 cm Total (raiz quadrados da soma dos quadrados): 390 cm Em boas condições, o DOP varia de 3 a 7. De 3x390cm a 7x390cm ou seja, de 10 a 30 metros, aproximadamente.

Método Diferencial (relativo) - DGPS Tem-se um aparelho DGPS num ponto conhecido com boa precisão; O DGPS calcula sua posição pelo sistema GPS e compara sua posição de alta acurácia; Envia correções para receptores móveis;

Método Diferencial (relativo) - DGPS Mitiga erros inerentes do sistema – precisão de 1 a 5 metros; Há dois tipos de DGPS: Tempo real; Pós-processado;

Exemplo ilustrativo de DGPS em tempo real Calcula ao longo do tempo sua posição Receptor DGPS Correções DGPS Posição com mais precisão!!! Posição conhecida e acurada

DGPS - Disponibilidade Em certas localidades, empresas ou governo dispõe de uma infraestrutura de antenas DGPS que já fornecem sinais aos receptores; Também é possível adquirir seu próprio equipamento; O IBGE dispõe do Sistema Geodésico Brasileiro, pontos geográficos (marcos) de alta-precisão que podem servir como local à estação DGPS;

Método Relativo (outros) Também se utiliza de uma ou mais estações conhecidas e com posição acurada; O receptor calcula sua distância utilizando os sinais dos satélites e das estações; Com métodos matemáticos e propriedades físicas de propagação de ondas, obtêm-se precisão milimétrica; O IBGE mantém Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo com uma base de estações;

Principais dados gerados pelo GPS de navegação Waypoints: São pontos geográficos marcados pelo usuário. Tracklogs (trilhas): É um recurso que pode ser ativo no aparelho, onde o mesmo marca de tempo em tempo pontos na atual localização, formando ao final uma linha que representa o caminho seguido pelo aparelho. Routes (rotas) São waypoints ligados numa dada ordem pelo usuário.

Material com conceitos de GPS: Leitura complementar Material com conceitos de GPS: http://www.scribd.com/doc/7156577/Conceitos-GPS GPS – Um guia prático: http://www.gpstm.com/articles.php?lang=port&article=11 Apostila sobre GPS: http://www.gpstm.com/articles.php?lang=port&article=12

Obrigado José Augusto Sapienza Ramos sapienza@labgis.uerj.br