FUNDAMENTOS EM GPS PROF. JOÃO VITOR MEZA BRAVO E PROF. MARCOS BASSO

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1 FUNDAMENTOS EM GPS PROF. JOÃO VITOR MEZA BRAVO E PROF. MARCOS BASSO João V. M. Bravo, André Luiz Alencar de Mendonça João V. M. Bravo, Fernando L. P. Santil e Maria L. S. Shimonishi

2 Introdução Necessidade de se conhecer a posição geográfica: Navegação; Defesa de territórios; Estratégia Militar; Interesses comerciais; Interesses políticos; Interesses científicos. Vantagens do uso de satélites no posicionamento Fácil transmissão de informação; Disponibilidade em todo o globo; Melhor relação custo/beneficio e Independe das condições do tempo; Sapucci (2003)

3 Sistemas de posicionamento disponíveis GLONASS (Global Navigation Satellite System): Desenvolvido pela antiga URSS na década de 70; Sistema muito similar ao GPS; Atualmente operado pela Força Espacial da Federação Russa; GPS (Global Positioning System): Desenvolvido pelo Departamento de defesa dos EUA; Objetivo inicial: sistema de navegação das Forças Armadas; Resultante de dois programas: Timation (Marinha) e o System 621B (Força Aérea). GALILEO (europeu) COMPASS (chinês)

4 ORIGEM E CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA GPS NAVigation System with Time And Ranging - Global Positioning System Como surgiu? PARCERIA Força Aérea Americana (U.S. Air Force) Desenvolvia o PROJETO 621B - Marinha Americana (U.S. Navy) Desenvolvia o TIMATION - NAVSTAR-GPS 4

5 ORIGEM E CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA GPS SISTEMA DE NAVEGAÇÃO Sinais de Rádio 21 satélites regulares Constelação Básica de 24 satélites artificiais 3 satélites reserva Desenvolvido e Mantido DoD - Departamento de Defesa dos Estados Unidos 5

6 ORIGEM E CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA GPS NAVSTAR- GPS Interesses- Força Militar Americana PRINCÍPIO Grande Potencial Estendeu-se Setores Não Militares Segundo Seeber (1993), é um dos sistema mais precisos na determinação da posição tridimensional, na navegação e em informações sobre o tempo. 6

7 Constelação Básica do NAVSTAR-GPS Fonte: Adaptado de Seeber,

8 Constelação GPS Fonte: 8

9 ORIGEM E CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA GPS No inicio dos anos 70, o Navstar-GPS PROPOSTO OBJETIVOS DESENVOLVIDOS a) precisão da ordem do centímetro para o posicionamento, b) exata determinação da velocidade e do tempo, c) disponibilidade contínua dos dados de navegação, d) base para o estabelecimento de um referencial global, e) cobertura global e regional, f) observações simultâneas de pelo menos 4 satélites visíveis, acima do horizonte em qualquer região e em qualquer momento, e g) independência das condições meteorológicas. 9

10 ORIGEM E CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA GPS Desde 1994, os 24 satélites passaram a orbitar sem problemas. Logo, tornou-se possível observar simultaneamente pelo menos quatro satélites acima do horizonte 24 horas por dia, dia em qualquer parte do mundo, independentemente das condições meteorológicas. 10

11 SEGMENTOS DO SISTEMA GPS Espacial Usuários Estações Monitoras Controle Hurn (1989), Garmin (2000)

12 Segmento espacial 24 satélites(original) 31 hoje km acima da Terra período de 12 horas 6 planos orbitais 55o de Inclinação 5 h acima do horizonte No mínimo 4 satélites sempre disponíveis Hurn (1989), Garmin (2000)

13 SEGMENTO ESPACIAL Como está? CONSTELAÇÃO GPS Em 4 de outubro de 2012, a Força Aérea lançou em órbita o terceiro satélite GPS do bloco IIF. Tornou operacional em 13 de novembro de SA desativada (parcialmente), AS ativada desde 31/01/1994, Satélites PRN05 e PRN06 equipados com refletores para realizarem medida laser (SLR). 13

14 SEGMENTO ESPACIAL PLANOS SATÉLITES (PRN) A 9, 31, 8, 27, 25, 7 B 16, 30, 28, 12, 5 C 29, 3, 19, 17, 6 D 2, 11, 21, 4, 24 E 20, 22, 10, 18, 32 F 14, 15, 13, 23, 26 Tabela 1 Satélites / Planos Fonte: 14

15 SEGMENTO ESPACIAL Cada órbita contém 4 satélites (1, 2, 3, 4), os quais estão defasados de 90. Fonte: Adaptado de Seeber (2003) Inclinação da órbita de 55o em relação ao plano do equador Fonte: Adaptado de 15 Seeber, 2003

16 Segmento 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 vehicles) e pelos calculam SV o (space ephemeris (informação precisa sobre a órbita do satélite) e correções do relógio (clock) para cada SV. Hurn (1989), Garmin (2000)

17 O SEGMENTO CONTROLE TEM COMO FUNÇÃO : Monitoramento contínuo e controle dos satélites; Determinação do sistema de tempo GPS; Predição das efemérides dos satélites e do comportamento dos relógios dos satélites; Envio periódico das mensagens de navegação para cada satélite; e Pequenas manobras para manter a órbita ou relocar visando a substituição de um satélite não saudável. 17

18 Segmento controle Master Control Station Colorado Springs Cape Canaveral Hawaii Kwajalein Atoll Diego Garcia Ascension Is. GPS Monitor Stations GPS Monitor Stations Estação de controle principal GPS Ground Antennas Antenas em solo Estação de monitoramento Department of Defense-USA (2007)

19

20 Segmento usuário O segmento usuário é formado pelos receptores GPS (móveis em geral) e pela comunidade de usuários GPS que utiliza o sistema para localização, navegação, levantamento topográfico etc. Hurn (1989), Garmin (2000)

21 Como funciona o GPS? Princípio da trilateração (3D) São usados 4 satélites: 3 para calcular as coordenadas (trilateração) 1 para corrigir as estimativas de distância (sincronia relógios) dos Hurn (1989)

22 COMO FUNCIONA? Satélites enviam sinais aos usuários D=t*c Códigos (C/A; P), Portadoras (L1 e L2), Mensagem de Navegação, Identificação dos Satélites Sinais serão decodificados pelos receptores GPS Observação Fundamental : Medida do tempo decorrido para que o sinal viaje da antena do satélite até a antena do receptor. Sendo: c = velocidade de propagação da luz no vácuo D = distância entre as antenas do satélite e do receptor 22

23 Ilustração da técnica de posicionamento por satélite Instante GPS de Transmissão tt Órbita do Satélite Onda Portadora Pseudo-distância Instante de Recepção (Receptor) tr (Pseudodistância )= (Pseudo - (t T - tr )*c Mônico (2008)

24 USUÁRIO: CONTA COM DOIS SERVIÇOS: Posicionamento Preciso - PPS - Precise Positioning Service Posicionamento Padrão - SPS - Standard Positioning Service PPS SPS EXCLUSIVO AO SERVIÇO MILITAR OU USUÁRIOS AUTORIZADOS TODOS OS USUÁRIOS COM ACESSO AO CÓDIGO C/A 24

25 ERRO NO POSICIONAMENTO ABSOLUTO PARA OS USUÁRIOS SPS USUÁRIOS SPS Media Global Horizontal Vertical 13 m (95%) 22 m (95%) Pior situação 36 m (95%) 77 m (95%) Fonte: Seeber,

26 RESUMO - Serviços GPS de posicionamento Serviço de Posicionamento Preciso: Preciso Proporciona resultados em tempo real melhor que 10 m; Restrito ao uso militar e a usuários autorizados pelos EUA; Serviço de Posicionamento Padrão: Disponível a todos usuários do globo sem cobrança de taxas; Sinal degradado propositalmente por medida de segurança; Até o dia 1 de maio de 2000 precisão de 100 m na horizontal; Técnica AS (Anti-Spoofing - ): Criptografia do Sinal Técnica SA (Selective Availability Disponibilidade seletiva): Introdução de erros na posição dos satélites; Introdução de erros na freqüência dos relógios dos satélites. Mônico (2008)

27 Fontes dos erros 1. Propagação do sinal (a) Há atraso do sinal quando este passa pela atmosfera ionosfera troposfera Garmin (2000)

28 Receptores e Antenas Classificação para os receptores GPS são as mais diversas. Por Exemplo: Quanto a aplicação a que se destinam Quanto ao tipo de dados que recebem Navegação, Geodésicos, Levantamento Cadastral, Levantamento Topográfico, DGPS;RTK Código C/A; Código C/A e L1; Código C/A, L1 e L2; Códigos P e C/A., L1 e L2; L1, e 28 L1 e L2

29 Receptores e Antenas Quais as características de um receptor de navegação? Geralmente recebem apenas o código C/A, Fornecem aos usuários uma solução, em tempo real, indicada no visor do receptor, Não armazenam os dados brutos enviados pelos satélites, Armazena coordenadas ou rotas descritas. 29

30 Receptores e Antenas ALGUNS MODELOS Antena GPS MAGELLAN GPS310 GARMIN 38 GARMIN 40 GARMIN II PLUS 30 MAGELLAN SporTrack

31 Receptores e Antenas Quais são as diferenças entre os modelos? Nos formatos, Disposição dos botões, Número de canais disponíveis, Capacidade de armazenamento de informações pontos, rotas, percursos), e Localização da antena GPS. (p.ex. O que eles fornecem? Coordenadas de pontos sobre a superfície terrestre, em tempo real; Registro de coordenadas de pontos de interesse (Waypoints); Definição de rotas de exploração geográfica (Route); Navegação estimada (Go To); 31 Marcação de percursos (Track Log).

32 Receptores e Antenas Atualmente Receptores com Código C/A: Tridimensionalmente < 25 m (a um nível de probabilidade de 95%). Planimetricamente < 13 m (a um nível de probabilidade de 95%). 32

33 Receptores e Antenas Quais as características de um receptor geodésico? Recebem a fase dos códigos e das portadoras; Receptores modernos: precisão relativa de poucos decímetros, para medidas do código C/A, e de décimo de milímetros, para a medida da fase das portadoras, atingindo o milímetro quando da solução das ambigüidades; Possui de 8 a 12 canais; Capacidade de reconstruir a portadora L2, quando ativado o efeito AS; Grande capacidade de memória interna. 33

34 Receptores e Antenas JAVAD ALGUNS MODELOS LEICA SR 520- SR 510 TRIMBLE 4000SSI ASHTECH Z-XII 34

35 Receptores e Antenas As antenas são o elemento responsável pela detecção das ondas eletromagnéticas vindas dos satélites, podendo ser considerada um sensor que traduz o sinal do satélite incidente em informações de amplitude e fase. 35

36 Receptores e Antenas Segundo Seeber (2003), os tipos de antenas disponíveis para o emprego na recepção dos sinais são: Monopolo (Monopole) ou dipolo; Helicoidal (Helix); Helicoidal-espiral (Spiral Helix); Microstrip ou patch; e Choke Ring (2D e 3D). EXEMPLO 36

37 Receptores e Antenas Para aplicações que exigem alta precisão preci (aplicações geodésicas) são requeridas antenas que apresentem maior estabilidade no centro de fase e proteção contra multicaminho como, por exemplo, a "Choke Ring" (YUNK et al., 1989 apud SOUZA, 2005). As antenas Choke Ring possuem um plano de terra que contém uma série de círculos concêntricos com depressões de um quarto de onda. Estas depressões atuam como linhas de transmissão curtas e seus topos apresentam uma alta impedância (quociente entre a amplitude de uma tensão alternada e a amplitude da corrente que ela provoca em um circuito) na freqüência do sinal GPS. Então, ondas de superfície não têm forma, assim a antena ganha uma importância na proteção de reflexões do solo e de sinais de multicaminho que chegam de direções aproximadamente37 horizontais.

38 Receptores e Antenas Desvantagens na utilização de uma antena Choke Ring: o tamanho avantajado o peso e o custo ANTENA CHOKE RING (2D) ANTENA CHOKE RING (3D) Antena Choke Ring 3D criada para receber sinais GNSS (GPS, GLONASS, GALILEO). Ela difere da antena Choke Ring 2D pois apresenta anéis em diferentes níveis, está preparada para receber sinais: GPS: L1, L2, L2c, L5, GLONASS: L1, L2, L5; Galileo: E2-L1E1, E5a, E5b, E6, AltBOC e Compass: B1, B2, B3, L5. 38

39 Erros no Posicionamento por GPS e DOPS Estes erros podem ser ordenados em: Erros oriundos dos satélites Erros oriundos dos receptores e; Erros na propagação do sinal na atmosfera. Esses se referem: ao estado dos relógios do receptor e do satélite em relação ao tempo GPS; à órbita do satélite; à propagação do sinal na atmosfera (Troposfera e Ionosfera); ao efeito multicaminho (Multipath); ao centro de fase da antena; e ao ruído nas observações. 39

40 RUÍDO DAS OBSERVAÇÕES O ruído das observações é função do tipo de observáveis. Para as observações dos códigos P, ele é da ordem de 0,3 a 1 m, e, para códigos C/A, é da ordem de 1 a 3 m. Para posicionamento relativo com simples diferença de fase, o ruído é ampliado pelo fator; logo, para levantamentos com o código P, tem-se um erro da ordem de 0,4 a 1,4 m, e, com o código C/A, de 1,4 à 4,2 m. Para observações da fase da portadora, esse erro é reduzido, visto que representa 1% do comprimento da onda do sinal enviado. 40

41 Na tabela abaixo você pode observar a contribuição dos principais erros para a pseudodistância nos posicionamentos absoluto. Erros para a pseudodistância nos posicionamentos absolutos Fonte: Adaptado de Seeber,

42 Fontes dos erros 2. Satélite Degradação do sinal quando da correção da efemérides do satélite Mônico (2000)

43 POSSIBILIDADES DE PRECISÃO COM O GPS 12.5 m 1m 1 cm 0.5 m 3m 100 m Depende de algumas variáveis O tempo despendido para mensuração Design do receptor Posição relativa dos satélites Uso de métodos diferenciais Santil e Francisco (2001)

44 Intervalo?

45 O sistema GNSS (Global Navigation Satellite System)

46 Os satélites do sistema GNSS Satélites MEOs (Mediun Earth Orbits) (números prováveis): 24 satélites GPS; 30 satélites GALILEO; 8 satélites GLONASS; Satélites GEOs (Geoestacionários): De 3 a 9 (número a ser definido); Serão utilizados para a transmissão de informações sobre o sistema quanto a disponibilidade e integridade; Pseudo satélites (em estudos): Transmissores dos mesmos sinais emitidos pelos MEOs localizados nas proximidades dos grandes aeroportos; Sapucci (2003)

47 Serviços oferecidos pelo GNSS/GALILEO Serviço de acesso aberto (OAS Open Access Service): Serviço básico oferecido ao público Sem custos diretos; Serviço de acesso controlado 1 (CAS1 Controlled Access Service): Para usuários que exigem um serviço garantido e com contrato de responsabilidade. Será cobrado uma taxa dos usuários; Serviço de Acesso Controlado 2 (CAS1 Controlled Access Service): Para uso militar e aplicações críticas de segurança. Mônico (2008)

48 Algumas aplicações do GNSS Uso Militar Navegação Aérea, Marítima, Terrestre Levantamentos Topográficos e Geodésicos Demarcação de Fronteiras, Unidades de Conservação e Terras Indígenas Monitoramento de Veículos Monitoramento de Animais Proteção Civil (Segurança Pública, Saúde, Corpo de bombeiros) Agricultura Lazer Santil e Francisco (2001)

49 Demarcação de Fronteiras, Unidades de Conservação e Terras Indígenas Santil e Francisco (2001)

50 Monitoramento de Veículos Santil e Francisco (2001)

51 Agricultura de Precisão Santil e Francisco (2001)

52 Métodos de Posicionamento GPS

53 RECORDANDO: O princípio fundamental DE UM POSICIONAMENTO POR SATÉLITES ARTIFICIAIS baseia-se nas medidas das pseudodistâncias por meio da medida do código.

54 Métodos de Posicionamento GPS (Precisões e Configurações) Métodos de Posicionamento ABSOLUTO OU POR PONTO Absoluto ou PP Convencional; PPP PPP de alta precisão. ESTÁTICO CINEMÁTICO RELATIVO GPS DIFERENCIAL DGPS RTK ESTÁTICO ESTÁTICO RÁPIDO STOP AND GO PSEUDOCINEMÁTICO CINEMÁTICO Uma Ocupação Reocupação Figura 6.1- Métodos de Posicionamento

55 MÉTODO DE POSICIONAMENTO ABSOLUTO Atualmente encontram-se na literatura as seguintes classificações dentro deste método de posicionamento: Absoluto ou posicionamento por ponto convencional; PPP (Posicionamento Absoluto (ou Por ponto) Preciso; e

56 MÉTODO DE POSICIONAMENTO ABSOLUTO Absoluto ou posicionamento por ponto convencional Esse método é empregado pelo usuário visando a obtenção de coordenadas de pontos sobre a superfície terrestre em tempo real. WGS-84 PZ-90 Resultado: é uma navegação, independente de haver ou não movimento.

57 MÉTODO DE POSICIONAMENTO ABSOLUTO As precisões alcançadas : Absoluto ou posicionamento por ponto convencional Precisão Horizontal: 100 m (95%) com SA ativada 13 m (95%) com SA desativada Precisão Vertical: 156 m (95%) com SA ativada 25 m (95%) com SA desativada Fonte: Adaptado de Seeber, 2003 e Divis, 2000.

58 MÉTODO DE POSICIONAMENTO ABSOLUTO Absoluto ou posicionamento por ponto convencional Algumas aplicações em que você pode usar este método são: * na navegação; * na localização de marcos geodésicos; * na localização de referências de níveis; e * na determinação de coordenadas de pontos para apoio de algumas imagens de satélites como a LANDSAT

59 4.3.1 MÉTODO DE POSICIONAMENTO ABSOLUTO PPP (Posicionamento Absoluto (ou Por ponto) Preciso; Você emprega receptores GPS de uma ou duas. precisas e as correções freqüências, as efemérides para os relógios dos satélites. Precisão alcançada: da ordem de 1 metro ou melhor. Obs: O receptor de dupla freqüência possibilitam uma redução dos efeitos ionosféricos consideravelmente.

60 4.3.1 MÉTODO DE POSICIONAMENTO ABSOLUTO PPP (Posicionamento Absoluto (ou Por ponto) Preciso; SERVIÇO IBGE-PPP : Uma forma de obter coordenadas com esse método de posicionamento é pelo site do IBGE utilizando o. serviço IBGE-PPP. É um serviço on-line para o pós-processamento de dados GPS (Global Positioning System). Ele permite aos usuários de GPS, obterem coordenadas de boa precisão e no Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS2000). Precisão: Tempo de observação e qualidades dos dados.

61 PPP (Posicionamento Absoluto (ou Por ponto) Preciso; SERVIÇO IBGE-PPP : Os levantamentos referem-se à obtenção da posição de uma estação utilizando as observáveis fase da onda portadora coletadas por. receptores simples ou de duas freqüências e em conjunto com os produtos do IGS (International GPS Service). O IBGE-PPP processa dados GPS que foram coletados no modo estático ou cinemático de receptores de uma ou duas freqüências. Só serão aceitos dados GPS que foram rastreados após 25 de fevereiro de 2005, pois foi quando o SIRGAS2000 foi adotado oficialmente no Brasil.

62 PPP (Posicionamento Absoluto (ou Por ponto) Preciso; SERVIÇO IBGE-PPP : 1. Os dados GPS devem estar em formato RINEX ou Hatanaka. 2. Tipo da antena utilizado no levantamento, conforme identificação adotada pelo IGS e o valor da altura da antena em metros referidos ao Plano de Referência da Antena. Os resultados serão informados através de fornecido pelo usuário, quando este submete os dados para processamento OU no momento do processamento. Este serviço de posicionamento faz uso do aplicativo de processamento CSRS-PPP desenvolvido pelo Geodetic Survey Division of Natural Resources of Canada (NRCan).

63 MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO Observação simultânea dos sinais dos satélites em pelo menos duas estações distintas (base ou de referência e outra a ser denominada). Esse método contribui para uma significativa redução de erros, especialmente do erro do relógio do satélite, das efemérides e da propagação do sinal na atmosfera. Estação base (denominada ora vante de estação base) com coordenadas conhecidas (Estação A).

64 Métodos de Posicionamento RELATIVO ESTÁTICO ESTÁTICO RÁPIDO STOP AND GO PSEUDOCINEMÁTICO CINEMÁTICO Uma Ocupação Reocupação

65 MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO

66 REDE BRASILEIRA DE MONITORAMENTO CONTÍNUO - IBGE Fonte:

67 Exemplo de Estação UFPR Curitiba da RBMC

68 Algumas Estações da RIBaC Rede INCRA de Bases Comunitárias do GPS Curitiba Salvador Estações com receptores : Receptores apenas L1; Parceria com IBGE: L1/L2 Francisco Beltrão Palmas Manaus Fonte:

69 Fonte:

70 MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO Este método consiste na determinação das coordenadas das estações itinerantes sobre as quais a antena do receptor GPS é instalada. P1 A Incógnitas são: a diferença entre as coordenadas das P2 estações ( X, Y, Z) e as ambigüidades da fase da portadora. Estações Itinerantes Estação Base de coordenadas conhecidas (A) Vetor das Observações

71 MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO Características: * tempo de observação: de dezena de minutos (mínimo 20 minutos) até algumas horas dependendo de alguns fatores como: distância entre as estações base e itinerante (linha de base), número de satélites rastreados, a geometria entre satélites (diluição da precisão DOP), observáveis utilizadas, precisão desejada, entre outros. * taxa de gravação dos dados pode ser de 15 s, 30 s ou 60 s. * estações (base e itinerante) devem rastrear simultaneamente, os satélites visíveis (pelo menos quatro), com taxas iguais ou múltiplas. Vantagem: maior precisão. Desvantagem: realizar um menor número de ocupações num maior tempo de observação Aplicação: determinação de coordenadas geodésicas dos pontos rastreados.

72 MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO RÁPIDO COM UMA OCUPAÇÃO Mesmo princípio que o método de posicionamento relativo estático. Características: P1 V1 A P3 V1 V1 P2 * antena estacionária; * mínimo de 5 satélites e PDOP < 5; * duração do rastreio de alguns minutos a 20 minutos; e * taxa de gravação dos dados varia entre 5 e 10 s. * Linha de Base <15 km Estações Itinerantes Estação Base de coordenadas conhecidas (A) Vetor das Observações

73 MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO RÁPIDO COM UMA OCUPAÇÃO Requer a resolução rápida das ambigüidades. Distância entre as estações seja pequena (< 15 km), ou seja que se tenha uma linha de base curta. Aplicações: * na determinação das coordenadas de pontos de apoio para a restituição de fotos aéreas; * em levantamentos cadastrais, na densificação de redes; * na determinação das coordenadas de pontos para apoio de imagens de satélites IKONOS. Vantagem: alta produtividade.

74 MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO RÁPIDO COM UMA OCUPAÇÃO Um receptor itinerante ocupa as estações 1, 2 e 3 e decorridos 50 a 120 minutos ele reocupa estas estações recebendo agora as denominações 4, 5 e 6. Durante estas ocupações o receptor base ficou fixo no ponto de coordenadas conhecidas (estação A).

75 MÉTODO DE POSICIONAMENTO RELATIVO RÁPIDO COM UMA OCUPAÇÃO Características: * antena estacionária; * mínimo de 5 satélites e PDOP < 5; * tempo de ocupação em cada visita 5 a 7 minutos; * estações itinerantes reocupadas decorridos 50 a 120 minutos, após a primeira visita; e * taxa de gravação dos dados varia entre 5 e 10 s. Desvantagem: menor eficiência que o método de posicionamento estático rápido com uma ocupação. Aplicações: * na determinação de coordenadas de pontos de apoio para a restituição de fotos aéreas; * em levantamentos cadastrais, na densificação de redes; * na determinação de coordenadas de pontos para apoio de imagens de satélites IKONOS.

76 MÉTODO RELATIVO CINEMÁTICO Este método de posicionamento consiste na determinação da coordenadas dos pontos, a partir de um ponto de coordenadas conhecidas, com o receptor em movimento. Este método de posicionamento pode ser dividido principalmente em: cinemático contínuo, stop and go

77 A abaixo você observa um exemplo deste método empregando a técnica de inicialização a linha de base conhecida. Dois receptores são colocados sobre duas estações, a estação base B (estação de coordenadas conhecidas) e a estação itinerante A (estação arbitrária de apoio ao início do posicionamento cinemático). São coletados dados dos satélites por alguns minutos/segundos P1 Trajetória para que as ambigüidades iniciais sejam resolvidas. Posteriormente o receptor instalado no ponto A, move-se ao longo de uma trajetória planejada podendo ocupar as estações itinerantes. P2 B LB<15km P3 A Estações Itinerantes Estação de apoio ao levantamento, para a inicialização. Vetor das Observações Vetor entre as estações A e B Estação Base de coordenadas conhecidas (B)

78 MÉTODO RELATIVO CINEMÁTICO STOP AND GO Características: Inicialização: visa resolução das ambiguidades, Estaçaõ Base: fixa, Estação Móvel: Estático alguns minutos (Stop) sobre as estações a serem ocupadas e Móvel entre os pontos de interesse (Go), Objetivo: Coordenadas tridimensionais dos pontos ocupados, Armazena na estação Móvel: todos os dados Trajetória: não é de interesse, Taxa de Gravação dos Dados: 1 a 3 s, Mínimo de 5 satélites e PDOP < 5, Linha de Base: < 15 km (precisão)

79 MÉTODO RELATIVO CINEMÁTICO STOP AND GO Algumas Aplicações: Levantamento Cadastral Se almeja-se precisão decimétrica é recomendável para locais onde não existam muitas obstruções. Outras denominações: Semi-Cinemático ou Cinemático Interrompido. Se a sintonia do sinal do satélite é perdida a ambigüidade muda, desta forma, você precisa fazer uma nova inicialização.

80 MÉTODO RELATIVO CINEMÁTICO CONTÍNUO Características: * determinação de trajetórias (coordenadas de pontos ao longo desta); * necessidade de inicialização, quando se almeja precisão; * pode obter a velocidade da plataforma móvel; * receptor permanece ligado durante todo o levantamento; * não deve haver perda do sinal da fase durante o deslocamento da antena para o mínimo de 4 satélites; * taxa de gravação dos dados de 1 a 3 segundos; * mínimo de 5 satélites e PDOP < 5; * Linha de Base: < 15 km (precisão)

81 MÉTODO RELATIVO CINEMÁTICO CONTÍNUO Vantagem: Eles são mais produtivos, produtivos pois um grande número de pontos podem ser determinados em menor tempo. Você obtém com este método vetores que unem a estação fixa a estação móvel ou itinerante. itinerante Precisões inferior a 10 cm podem ser obtidas por você sobre condições favoráveis, ou seja com uma boa cobertura de satélites; receptores com baixo ruído, sem efeito de multicaminho.

82 MÉTODO RELATIVO CINEMÁTICO CONTÍNUO Resultado de um Processamento

83 Precisões Alcançadas: Fonte: Adaptado de KAHMEN (1997)

84 MÉTODO DE POSICIONAMENTO DIFERENCIAL Consiste no posicionamento de uma estação móvel através das correções geradas na estação de referência. Essas correções são enviadas em tempo real por meio de um sistema de comunicação (rádio de transmissão, linha telefônica, ou satélites de comunicação) e dentro de um formato apropriado, definido pela Radio Technical Committee for Maritime Service (RTCM).

85 MÉTODO DE POSICIONAMENTO DIFERENCIAL Com um DGPS você minimiza a influência dos erros do relógio do satélite, das efemérides e da propagação do sinal na atmosfera. Se esses erros forem os mesmos para as estações de referência e móvel, pode-se dizer, que eles serão eliminados pelas correções. A precisão pode ser influenciada por alguns fatores particulares, como: * a distância entre a estação de referência e a móvel (linha de base); * a qualidade do sistema de comunicação; * o cálculo das correções diferenciais e * a taxa de atualização e transferência dos dados. Outro fator importante nesta definição são as observáveis empregadas (código, código suavizado pela portadora, fase da portadora).

86 MÉTODO DE POSICIONAMENTO DIFERENCIAL O DGPS subdivide-se em: DGPS, 01 Est. Ref. e código C/A RTK (Real Time Kinematic) 01 Est. Ref e Fase da Portadora

87 MÉTODO DE POSICIONAMENTO DIFERENCIAL DGPS são calculadas correções diferencias para o código e/ou o código suavizado pela portadora; a precisão alcançada com o emprego das correções do código C/A pode ser de 1 a 5 metros (com a SA desativada), dependendo ainda da distância entre a estação de referência e a móvel. se o usuário emprega a correção diferencial do código suavizado pela portadora, que consiste no fato de que as observações da fase da portadora são utilizadas para suavizar as observações do código com um filtro adequado, sem resolver as ambiguidades, a precisão obtida é inferior a 3 metros; pode-se considerar um decréscimo da precisão em função do aumento da linha de base a uma taxa de aproximadamente 10 ppm. Ressalta-se que 10 ppm eqüivalem a 1 centímetro por quilômetro.

88 Referências bibliográficas Department of Defense USA. GPS. In: GPS Modernization FRP Users Conference Washington, Washington DC Garmin. GPS guide for beginners. beginners Kansas: Garmin Corporation, Hurn, J. GPS um guia para a próxima utilidade. utilidade EUA: Trimble, Mônico, J. F. G. Posicionamento pelo Navstar-GPS descrição, fundamentos e aplicações. aplicações São Paulo: Editora Unesp, Mônico, J. F. G. Posicionamento pelo GNSS descrição, fundamentos e aplicações. São Paulo: Editora Unesp, Santil, F. L. P.; Francisco, H. R. Introdução ao Sistema de Posicionamento Global Notas de aula do curso de extensão. Jandaia: Santos, M. C. Posicionamento por GPS. GPS Curitiba: GisBrasil, Sapucci, L. F. Aplicações do GNSS à climatologia brasileira: fundamentação teórica e perspectivas futuras. futuras Palestra proferida aos estudantes do curso de Geografia da UEM em 2003.

89 Exercício Posicionamento por satélites Responda: a) Aquela que utiliza técnicas espaciais de posicionamento, como por exemplo, por meio de satélites artificiais é a geodésia... Geodésia Marinha Geodésia Espacial Geodésia Física Geodésia Geométrica Topografia b) À distância de um ponto contada sobre a normal ao elipsóide denomina-se...: altitude normal altitude ortométrica altitude elipsoidal altura altura ortométrica

90 Exercício Posicionamento por satélites c) A separação entre o Geóide e o Elipsóide é denominada de...: Ondulação geoidal Desvio da vertical Altitude Altitude geométrica Linha vertical d) À distância de um ponto contada sobre a normal ao elipsóide denomina-se...: altitude normal altitude ortométrica altitude elipsoidal altura altura ortométrica e) Para você obter as coordenadas do ponto B sobre o qual está instalada a antena do receptor GPS você necessita realizar a observação simultânea de pelo menos...satélites.