CARTAS NÁUTICAS E POSICIONAMENTO

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO OCEANOGRÁFICO GRADUAÇÃO EM OCEANOGRAFIA DISCIPLINA : CARTAS NÁUTICAS E POSICIONAMENTO 16/MAI/2008 CT FERNANDO DE OLIVEIRA MARIN

2 FOTO TIRADA DA APOLLO 17 EM

3 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 3. SISTEMAS DE COORDENADAS 4. CARTOGRAFIA 5. POSICIONAMENTO 6. DISTÂNCIA E DIREÇÃO NO MAR 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 3

4 1. INTRODUÇÃO 1.1. DEFINIÇÕES BÁSICAS CARTOGRAFIA TOPOGRAFIA GEODÉSIA POSICIONAMENTO CARTA NÁUTICA NAVEGAÇÃO MARÍTIMA 1.2. IMPORTÂNCIA DO POSICIONAMENTO E DA CARTA NÁUTICA PARA A OCEANOGRAFIA 4

5 1. INTRODUÇÃO 1.1 DEFINIÇÕES BÁSICAS CARTOGRAFIA: CIÊNCIA VOLTADA PARA ELABORAÇÃO DE MAPAS, CARTAS E OUTRAS FORMAS DE EXPRESSÃO OU REPRESENTAÇÃO DE OBJETOS, ELEMENTOS, FENÔMENOS E AMBIENTES FÍSICOS E SOCIOECONÔMICOS. TOPOGRAFIA: (PEQUENAS PORÇÕES DA SUPERFÍCIE DA TERRA) CIÊNCIA QUE DESCREVE, DE MANEIRA PRECISA, A FORMA, AS DIMENSÕES E A LOCALIZAÇÃO DE UMA DETERMINADA PORÇÃO DA SUPERFÍCIE DA TERRA, DESCONSIDERANDO A CURVATURA DA TERRA. GEODÉSIA: (GRANDES PORÇÕES DA SUPERFÍCIE DA TERRA) CIÊNCIA QUE ESTUDA A FORMA E AS DIMENSÕES DA TERRA, BEM COMO O SEU CAMPO GRAVITACIONAL EXTERNO. A TOPOGRAFIA É UM CASO PARTICULAR DA GEODÉSIA 5

6 1. INTRODUÇÃO 1.1 DEFINIÇÕES BÁSICAS (cont.) POSICIONAMENTO: LOCALIZAÇÃO DE UM PONTO EM RELAÇÃO A UM SISTEMA DE REFERÊNCIA (SISTEMA DE COORDENADAS). EX: COORDENADAS CARTESIANAS OBS: O SISTEMA DE COORDENADAS PLANAS É NATURALMENTE USADO PARA A REPRESENTAÇÃO DA SUPERFÍCIE TERRESTRE NUM PLANO, CONFUNDINDO-SE COM O SISTEMA DE COORDENADAS DE PROJEÇÃO 6

7 1. INTRODUÇÃO 1.1 DEFINIÇÕES BÁSICAS (cont.) POSICIONAMENTO NA SUPERFÍCIE TERRESTRE: COORDENADAS ESFÉRICAS COORDENADAS GEOGRÁFICAS 7

8 1. INTRODUÇÃO 1.1 DEFINIÇÕES BÁSICAS (cont.) CARTA: PLANO REPRESENTATIVO DA SUPERFÍCIE TERRESTRE, QUE PERMITE MEDIÇÕES PRECISAS DE DISTÂNCIAS E DIREÇÕES. CARTA NÁUTICA: CARTA DESTINADA À NAVEGAÇÃO MARÍTIMA. 8

9 1. INTRODUÇÃO 1.1 DEFINIÇÕES BÁSICAS (cont.) NAVEGAÇÃO MARÍTIMA: É A CIÊNCIA E A ARTE DE CONDUZIR, COM SEGURANÇA, UM NAVIO (OU EMBARCAÇÃO) DE UM PONTO A OUTRO DA SUPERFÍCIE DA TERRA. 9

10 1. INTRODUÇÃO 1.2. IMPORTÂNCIA DO POSICIONAMENTO E DA CARTA NÁUTICA PARA A OCEANOGRAFIA POSICIONAMENTO: TODA PESQUISA OCEANOGRÁFICA NECESSITA QUE SE CONHEÇA, COM PRECISÃO, AS POSIÇÕES DOS PONTOS ONDE ESTÃO SENDO COLETADOS OS DADOS. CARTA NÁUTICA: FUNDAMENTAL PARA O PLANO DE CRUZEIRO (SURVEY DESIGN); PROJEÇÃO COMUMENTE USADA: PROJEÇÃO DE MERCATOR (DESENVOLVIDA NO SÉCULO XVI). 10

11 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.1. EVOLUÇÃO HISTÓRICA 2.2. ELIPSÓIDE 2.3. ESFERÓIDES 2.4. ESFERÓIDE OBLATO 2.5. GEOPE / GEÓIDE 2.6. ONDULAÇÃO DO GEÓIDE 2.7. DESVIO DA VERTICAL 2.8. FORMA REAL 2.9. SISTEMAS GEODÉSICOS 11

12 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.1. EVOLUÇÃO HISTÓRICA ERA ESFÉRICA PITÁGORAS (528 AC) ARISTÓTELES ( A.C.) ERATÓSTENES ( AC) GALILEU ( ) 12

13 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.1. EVOLUÇÃO HISTÓRICA ERA ELIPSOIDAL NEWTON (1687) 13

14 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.1. EVOLUÇÃO HISTÓRICA ERA GEOIDAL J. B. LISTINGS (1873) LANÇAMENTO DO SPUTNIK (1957) 14

15 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.1. EVOLUÇÃO HISTÓRICA (cont.) 15

16 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.2. ELIPSÓIDE EQUAÇÃO PADRÃO DO ELIPSÓIDE: a, b e c SÃO OS SEMI-EIXOS DAS TRÊS ELIPSES OBTIDAS NO CORTE DO ELIPSÓIDE PELOS PLANOS COORDENADOS z = 0, y = 0 E x = 0, RESPECTIVAMENTE: 16

17 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.3. ESFERÓIDES QUANDO PELO MENOS DOIS DOS TRÊS SEMI-EIXOS DO ELIPSÓIDE SÃO IGUAIS: ESFERÓIDE PROLATO (a=b<c) ESFERÓIDE OBLATO (a=b>c) QUANDO a = b = c, TEMOS A ESFERA. 17

18 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.4. ESFERÓIDE OBLATO a = SEMI-EIXO MAIOR = RAIO EQUATORIAL b = SEMI-EIXO MENOR = RAIO POLAR f = (a-b)/a = ACHATAMENTO 1/f = a/(a-b)

19 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.5. GEOPE / GEÓIDE GEOPE: SUPERFÍCIE EQUIPOTENCIAL DO CAMPO GRAVITACIONAL TERRESTRE GEÓIDE: É O GEOPE QUE MAIS SE APROXÍMA DO NÍVEL MÉDIO DOS OCEANOS. ACELERAÇÃO GRAVITACIONAL É SEMPRE PERPENDICULAR À SUPERFÍCIE GEOIDAL A ADOÇÃO DO GEÓIDE COMO SUPERFÍCIE MATEMÁTICA DE REFERÊNCIA ESBARRA NO CONHECIMENTO LIMITADO DO CAMPO DE GRAVITACIONAL TERRESTRE. h = altitude geométrica H = altitude ortométrica N = ondulação do geóide 19

20 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.6. ONDULAÇÃO DO GEÓIDE 20

21 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.7. DESVIO DA VERTICAL 21

22 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.8. FORMA REAL ESFERA COM OS PÓLOS ACHATADOS. (O ESFERÓIDE OBLATO É O MODELO MATEMÁTICO QUE MELHOR REPRESENTA A TERRA). A FORÇA CENTRÍFUGA (ROTAÇÃO DA TERRA) É RESPONSÁVEL POR ESSE ACHATAMENTO. A SUPERFÍCIE TERRESTRE É BASTANTE IRREGULAR (DISTRIBUIÇÃO NÃOHOMOGÊNEA DE DENSIDADE). GEÓIDE: MODELO QUE MAIS SE APROXIMA DA SUA FORMA REAL (FICTÍCIO). SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (SGR): ANTES DA ERA ESPACIAL: ELIPSÓIDES NÃO-GEOCÊNTRICOS (HAYFORD) A PARTIR DA ERA ESPACIAL: ELIPSÓIDES GEOCÊNTRICOS (WGS-84) 22

23 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.9. SISTEMAS GEODÉSICOS SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA (SGR): SISTEMAS GEODÉSICOS CLÁSSICOS (ELIPSOIDE NÃO-GEOCÊNTRICO) SISTEMAS GEODÉSICOS MODERNOS (ELIPSÓIDE GEOCÊNTRICO) O SISTEMA GPS UTILIZA O WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS84) COMO SGR. O IBGE É O ÓRGÃO GESTOR DO SISTEMA GEODÉSICO BRASILEIRO (SGB) SISTEMAS GEODÉSICOS DE REFERÊNCIA ADOTADOS NO BRASIL: 23

24 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.9. SISTEMAS GEODÉSICOS SISTEMA GEODÉSICO DE REFERÊNCIA CÓRREGO ALEGRE 24

25 2. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2.9. SISTEMAS GEODÉSICOS SISTEMA GEODÉSICO DE REFERÊNCIA SAD69 25

26 3. SISTEMAS DE COORDENADAS 3.1. CÍRCULOS MÁXIMOS 3.2. PARALELOS E MERIDIANOS 3.3. COORDENADAS GEOGRÁFICAS 3.4. COORDENADAS ELIPSOIDAIS 26

27 3. SISTEMAS DE COORDENADAS 3.1. CÍRCULOS MÁXIMOS TODA SEÇÃO PLANA DE UMA ESFÉRA É UM CÍRCULO. SE O PLANO SECANTE PASSA PELO CENTRO DA ESFERA, TEMOS COMO SEÇÃO UM CÍRCULO MÁXIMO DA ESFERA. 27

28 3. SISTEMAS DE COORDENADAS 3.2. PARALELOS E MERIDIANOS PARALELOS MERIDIANOS 28

29 3. SISTEMAS DE COORDENADAS 3.2. PARALELOS E MERIDIANOS (cont.) 29

30 3. SISTEMAS DE COORDENADAS 3.3. COORDENADAS GEOGRÁFICAS 30

31 3. SISTEMAS DE COORDENADAS 3.3. COORDENADAS GEOGRÁFICAS (cont.) 31

32 3. SISTEMAS DE COORDENADAS 3.4. COORDENADAS ELIPSOIDAIS 32

33 4.CARTOGRAFIA 4.1. PRINCIPAIS CONCEITOS ESCALA ESCALA NUMÉRICA ESCALA GRÁFICA PRECISÃO GRÁFICA 4.2. MAPA X CARTA 4.3. PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS 4.4. PROJEÇÕES MAIS UTILIZADAS 4.5. PROJEÇÃO DE MERCATOR 4.6. PRINCIPAIS ELEMENTOS DA CARTA NÁUTICA 33

34 4.CARTOGRAFIA 4.1. PRINCIPAIS CONCEITOS ESCALA: RAZÃO ENTRE O COMPRIMENTO LINEAR GRÁFICO E O COMPRIMENTO LINEAR REAL E=l/L=1/M l = COMPRIMENTO LINEAR GRÁFICO L = COMPRIMENTO LINEAR REAL M = TÍTULO OU MÓDULO DA ESCALA 34

35 4.CARTOGRAFIA 4.1. PRINCIPAIS CONCEITOS ESCALA NUMÉRICA: EX: 1: OU 1/ ESCALA NOMINAL: EX: 1 cm = 10 km ESCALA NATURAL DA CARTA DE MERCATOR: EM UMA CARTA DE MERCATOR A ESCALA DE LONGITUDES É CONSTANTE, ENQUANTO A ESCALA DE LATITUDES VARIA, EM VIRTUDE DAS LATITUDES CRESCIDAS. A ESCALA NATURAL INDICADA DA CARTA DE MERCATOR É A ESCALA PARA UM DETERMINADO PARALELO, NORMALMENTE O PARALELO MÉDIO (LATITUDE MÉDIA) DA ÁREA ABRANGIDA, SIGNIFICANDO QUE ESTE É O ÚNICO PARALELO REPRESENTADO SEM DEFORMAÇÕES DE ESCALA. 35

36 4.CARTOGRAFIA 4.1. PRINCIPAIS CONCEITOS ESCALA GRÁFICA: REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DE UMA ESCALA NOMINAL OU NUMÉRICA 36

37 4.CARTOGRAFIA 4.1. PRINCIPAIS CONCEITOS PRECISÃO GRÁFICA: PRECISÃO GRÁFICA DE UMA ESCALA É A MENOR DIMENSÃO GRÁFICA PERCEBIDA PELA VISTA HUMANA (ABNT 0,0002 m 0,2 mm) ERRO ADMISSÍVEL NAS MEDIÇÕES: ONDE M É O DENOMINADOR DA ESCALA: EX: E = 1/5000, ea = 0,0002 x M E=l/L=1/M ea = 0,002 X 5000 = 1,00 m 37

38 4.CARTOGRAFIA 4.2. MAPA X CARTA MAPA: "REPRESENTAÇÃO GRÁFICA, EM GERAL UMA SUPERFÍCIE PLANA E NUMA DETERMINADA ESCALA, COM A REPRESENTAÇÃO DE ACIDENTES FÍSICOS E CULTURAIS DA SUPERFÍCIE DA TERRA, OU DE UM PLANETA OU SATÉLITE"; CARTA: "REPRESENTAÇÃO DOS ASPECTOS NATURAIS E ARTIFICIAIS DA TERRA, DESTINADA A FINS PRÁTICOS DA ATIVIDADE HUMANA, PERMITINDO A AVALIAÇÃO PRECISA DE DISTÂNCIAS, DIREÇÕES E A LOCALIZAÇÃO PLANA, GERALMENTE EM MÉDIA OU GRANDE ESCALA, DE UMA SUPERFÍCIE DA TERRA, SUBDIVIDIDA EM FOLHAS, DE FORMA SISTEMÁTICA, OBEDECIDO UM PLANO NACIONAL OU INTERNACIONAL" 38

39 4.CARTOGRAFIA 4.3.PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS QUANTO AO MÉTODO: GEOMÉTRICAS BASEIAM-SE EM PRINCÍPIOS GEOMÉTRICOS PROJETIVOS ANALÍTICAS SÃO AQUELAS QUE PERDERAM O SENTIDO GEOMÉTRICO PROPRIAMENTE DITO, EM CONSEQÜÊNCIA DA INTRODUÇÃO DE LEIS MATEMÁTICAS, VISANDO-SE CONSEGUIR DETERMINADAS PROPRIEDADES. CONVENCIONAIS BASEIAM-SE EM PRINCÍPIOS ARBITRÁRIOS, PURAMENTE CONVENCIONAIS, EM FUNÇÃO DOS QUAIS SE ESTABELECEM SUAS EXPRESSÕES MATEMÁTICAS 39

40 4.CARTOGRAFIA 4.3.PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS QUANTO À SITUAÇÃO DO PONTO DE VISTA: 40

41 4.CARTOGRAFIA 4.3. PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS QUANTO À SUPERFÍCIE DE PROJEÇÃO: 41

42 4.CARTOGRAFIA 4.3.PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS QUANTO ÀS PROPRIEDADES QUE CONSERVAM: EQÜIDISTANTES: NÃO APRESENTAM DEFORMAÇÕES LINEARES. A CONDIÇÃO DE EQÜIDISTÂNCIA SÓ É OBTIDA EM UMA DIREÇÃO: MERIDIANAS, TRANSVERSAIS E AZIMUTAIS. EQUIVALENTES: NÃO DEFORMAM ÁREAS CONFORMES: NÃO DEFORMAM ÂNGULOS E NÃO DISTORCEM A FORMA DE PEQUENAS ÁREAS. AFILÁTICAS: OS COMPRIMENTOS, AS ÁREAS E OS ÂNGULOS NÃO SÃO CONSERVADOS. 42

43 4.CARTOGRAFIA 4.3.PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS QUANTO À SITUAÇÃO DA SUPERFÍCIE DE REVOLUÇÃO 43

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45 4. CARTOGRAFIA 4.5. PROJEÇÃO DE MERCATOR 45

46 4. REPRESENTAÇÃO DA TERRA 4.5. PROJEÇÃO DE MERCATOR 46

47 4. CARTOGRAFIA 4.5. PROJEÇÃO DE MERCATOR PROJEÇÃO CARTOGRÁFICA DE 1569; CRIADA PELO CARTÓGRAFO E MATEMÁTICO HOLANDÊS GERARD DE CREMER (LATINIZADO GERARDUS MERCATOR = MERCADOR); É UMA PROJEÇÃO CILÍNDRICA, CONFORME E EQUATORIAL 47

48 4. CARTOGRAFIA 4.5. PROJEÇÃO DE MERCATOR VANTAGENS: MERIDIANOS E PARALELOS REPRESENTADOS POR LINHAS RETAS; FACILIDADE DE PLOTAGEM DE UM PONTO; OS ÂNGULOS MEDIDOS NA SUPERFÍCIE DA TERRA SÃO REPRESENTADOS POR ÂNGULOS IDÊNTICOS NA CARTA; FACILIDADE DE CONSTRUÇÃO. DESVANTAGENS: DEFORMAÇÃO EXCESSIVA NAS ALTAS LATITUDES; CÍRCULOS MÁXIMOS, EXCETO EQUADOR E MERIDIANOS, NÃO SÃO REPRESENTADOS POR LINHAS RETAS. 48

49 4. CARTOGRAFIA 4.5. PROJEÇÃO DE MERCATOR PROJEÇÃO CILÍNDRICA, EQUATORIAL E CONFORME 49

50 4. CARTOGRAFIA 4.5. PROJEÇÃO DE MERCATOR PROJEÇÃO CILÍNDRICA, EQUATORIAL E CONFORME 50

51 4. CARTOGRAFIA 4.5. PROJEÇÃO DE MERCATOR LATITUDE CRESCIDA (y) 51

52 4. CARTOGRAFIA 4.5. PROJEÇÃO DE MERCATOR CARACTERÍSTICAS DA PROJEÇÃO DE MERCATOR 52

53 4. CARTOGRAFIA 4.6. PRINCIPAIS ELEMENTOS DA CARTA NÁUTICA RETICULADO 53

54 4. CARTOGRAFIA 4.6. PRINCIPAIS ELEMENTOS DA CARTA NÁUTICA ESCALA 54

55 4. CARTOGRAFIA 4.6. PRINCIPAIS ELEMENTOS DA CARTA NÁUTICA TÍTULO DA CARTA 55

56 4. CARTOGRAFIA 4.6. PRINCIPAIS ELEMENTOS DA CARTA NÁUTICA INFORMAÇÕES SOBRE MARÉS 56

57 4. CARTOGRAFIA 4.6. PRINCIPAIS ELEMENTOS DA CARTA NÁUTICA ROSA DOS VENTOS 57

58 5. POSICIONAMENTO 5.1. MÉTODOS DE POSICIONAMENTO NO MAR POR PONTOS DE TERRA 5.2. POSICIONAMENTO ASTRONÔMICO 5.3. POSICIONAMENTO POR SISTEMAS DE NAVEGAÇÃO SATÉLITE GLOBAL 58

59 5. POSICIONAMENTO 5.1. MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DA POSIÇÃO NO MAR POR PONTOS DE TERRA EXEMPLOS DE MÉTODOS: 2 MARCAÇÕES SIMULTÂNEAS; DISTÂNCIA E MARCAÇÃO DE UM MESMO PONTO; DISTÂNCIA DE UM PONTO E MARCAÇÃO DE UM OUTRO. 59

60 5. POSICIONAMENTO 5.2. POSICIONAMENTO ASTRONÔMICO ESFERA CELESTE 60

61 5. POSICIONAMENTO 5.2. POSICIONAMENTO ASTRONÔMICO 61

62 5. POSICIONAMENTO 5.3. POSICIONAMENTO POR SISTEMAS DE NAVEGAÇÃO SATÉLITE GLOBAL GPS (AMERICANO) Global Positioning System GLONASS (RUSSO) Global Navigation Satellite System GALILEO (EUROPEU) 62

63 5. POSICIONAMENTO 5.3. POSICIONAMENTO POR SISTEMAS DE NAVEGAÇÃO SATÉLITE GLOBAL GPS (Global Positioning System): 24 SATÉLITES; 6 PLANOS ORBITAIS (4 SATÉLITES EM CADA UM); ALTITUDE APROXIMADA DE km; CÓDIOGOS CA, P E Y; PORTADORAS L1 (CA E P) E L2 (P); SEGMENTO ESPACIAL; SEGMENTO DE CONTROLE. 63

64 SEGMENTO ESPACIAL DO GPS 64

65 SEGMENTO DE CONTROLE DO GPS 65

66 POSICIONAMENTO GPS POR PSEUDO-DISTÂNCIAS 66

67 6. DISTÂNCIA NO MAR MILHA NÁUTICA: ARCO DE 1 MINUTO DE EQUADOR (1 M = 1852 m) ORTODROMIA: É QUALQUER SEGMENTO DE UM CÍRCULO MÁXIMO DA ESFERA TERRESTRE. É A MENOR DISTÂNCIA ENTRE DOIS PONTOS NA SUPERFÍCIE DA TERRA. NA PROJEÇÃO DE MERCARTOR, A ORTODROMIA NÃO APARECE COMO LINHA RETA 67

68 6. DISTÂNCIA NO MAR LOXODROMIA: É A LINHA QUE INTERCEPTA OS MERIDIANOS COM ÂNGULO CONSTANTE 68

69 6. DISTÂNCIA NO MAR MEDIÇÃO DE DISTÂNCIA EM UMA CARTA DE MERCATOR: USAR A ESCALA DE LATITUDES NA ALTURA DA LATITUDE MÉDIA DO SEGMENTO A SER MEDIDO 69

70 DECLINAÇÃO MAGNÉTICA 70

71 DECLINAÇÃO MAGNÉTICA dmg W dmg E 71

72 DECLINAÇÃO MAGNÉTICA EX: dmg = 15 W 72

73 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS É IMPOSÍVEL REPRESENTAR A SUPERFÍCIE CURVA DA TERRA SOBRE UMA SUPERFÍCIE PLANA SEM QUE HAJA DEFORMAÇÕES. PARA MEDIÇÕES DE DISTÂNCIA EM UMA PROJEÇÃO DE MERCATOR, DEVE-SE USAR A ESCALA DE LATITUDES NA ALTURA DA LATITUDE MÉDIA DO SEGMENTO A SER MEDIDO. OS VALORES DE DECLINAÇÃO MAGNÉTICA VARIAM DE UMA PARTE À OUTRA DA SUPERFÍCIE TERRESTRE E VARIAM ANUALMENTE. 73

74 REFERÊNCIAS Miguens. Navegação: a ciência e a arte (Vol. I, II E III) DHN (Diretoria de Hidrografia e Navegação) IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) 74

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