Módulo 4 - Trabalhos práticos com GPS

Este fragmento do Módulo 4 refere-se ao uso prático do GPS para atualização de conjuntos de dados , assim como a sua utilização juntamente ao software Spring, assim como a manipulação de dados coletados com GPS em saídas técnicas em softwares como TrackMaker, Google Earth e Picassa, objetivando a visualização da área estudada.

Para facilitar o manuseio de GPS, podemos citar alguns manuais de aparelhos mais populares, disponiveis em português nas seguintes páginas:

http://www.sightgps.com.br/suporte/manuais/etrex.pdf

http://www8.garmin.com/manuals/eTrexLegendHCx_PTManualdoproprietario.pdf

Módulo 4 - Noções básicas de GPS - referências

Referências:

CEUB/ICPD, Instituto CEUB de Pesquisa e Desenvolvimento - Curso de GPS e Cartografia Básica – 2003

FIGUEIRÊDO, D.C. - Curso Básico de GPS – 2005

HOFMANN-WELLENHOF, B.; LICHTENEGGER, H.; COLLINS, J. Global Positioning System (GPS). Theory and practice – 1992

IBGE, Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - Noções Básicas de Cartografia- 2004

PAZ, S.M & CUGNASCA, C.E. O Sistema de Posicionamento Global (GPS) e suas aplicações

ROSA, R. Cartogragfia Básica – 2004

ROSA, R. Geotecnologias na Geografia Aplicada – 2005

SEEBER, G. Satellite Geodesy – 1993

http://www.baixaki.com.br/info/215-o-que-e-gps-.htm - acesso em 29/06/09. Willian Fonseca

Módulo 4 - Noções básicas de GPS VIII

4.12 Aplicações Gerais do GPS

Embora o GPS tenha sido desenvolvido para ir suprir as necessidades militares, logo foram desenvolvidas técnicas capazes de o tornar útil para a comunidade civil. A seguir estão apresentadas algumas aplicações no intuito de dar uma visão global das potencialidades do GPS:

Transportes /Deslocamentos - Para o transporte aéreo, marítimo ou terrestre em locais de difícil reconhecimento como é o caso de florestas ou desertos, são múltiplas as possibilidades do GPS, como traçar rotas, conhecer a distânc ia real percorrida, estabelecer trajetos de ida e volta, marcar determinado local e retornar a ele a qualquer momento. No transporte terrestre, a rota pode ser monitorada continuamente durante a viagem. Na sede de uma transportadora, as posições dos veículos são conhecidas a qualquer momento e qualquer desvio ou desaparecimento do sinal pode ser entendido como possível acidente, roubo da carga ou até mesmo desobediência do motorista em manter-se na rota preestabelecida. Isto possibilita agilidade na tomada de decisão para as devidas providências cabíveis a cada situação

Área Militar - serve em geral para navegação e orientação dos mísseis "inteligentes" até o alvo.

Defesa civil - Alguns serviços de proteção civil já estão também utilizando GPS. Receptores de GPS são colocados em ambulâncias com o objetivo de guiar os helicópteros de serviços médicos até elas muito mais rapidamente e em situações onde a visibilidade é reduzida.

Topografia e geodésia - utilizado em todas as aplicações topográficas, visto a sua precisão milimétrica que permite determinar ângulos, distâncias, áreas, coordenadas de pontos, efetuar levantamentos, etc. Além do mais o GPS oferece a possibilidade de armazenar dados alfanuméricos em cada estação, tem extremo valor na coleta de dados para mapeamento. Incomparáveis são as vantagens sobre as técnicas utilizadas sem o uso do GPS, em termos de tempo, facilidade e confiabilidade na obtenção dos dados.
O uso de equipamentos convencionais como teodolito, estação total, nível, trena, exige para estes serviços, muito mais tempo e portanto, maiores custos. Alguns casos atendidos pelo GPS são impossíveis através da Topografia, como o monitoramento contínuo de veículos; tem-se também que dentre muitas, outra grande vantagem do GPS é a não necessidade de intervisibilidade entre as estações.

Esportes e Lazer - utilizado nas atividades como navegação, pesca, alpinismo, exploração de caminhos ecológicos e pontos turísticos, etc. Para qualquer atividade que necessite conhecer a posição real do local, o GPS é um grande auxílio.

Como se pode concluir, seria impossível enumerar toda a multiplicidade de usos do GPS. Novas aplicações irão sendo desenvolvidas assim como a tecnologia que as envolve.

Mapeamentos e geoprocessamentos- muito utilizado na coleta de dados (coordenadas) de posicionamento dos diversos objetos a serem mapeados (analógicos ou digitais), como postes de redes elétricas, edificações em geral, limites de propriedades rurais, etc. Suas aplicações são intensas nos serviços de Cadastro e Manutenção que visam elaborar e monitorar cartas temáticas, assim como na captura de dados para monitoramento ambiental, prevenção de acidentes ou ajuste de bses cartográficas distintas, especialmente se utilizadas em GIS.

No setor ambiental, o universo de aplicações é quase ilimitado. mapeamento e medição de áreas desmatadas, georrefenciamento de fontes poluidoras, delimitação de áreas afetadas por desastres ecológicos entre outros. Apenas para registrar um caso real de aplicação ambiental pede-se citar o sistema de detecção de focos de incêndios florestais, em tempo real, implantado pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e o IBAMA.

Setor agrícola - serviços de agrimensura realizam levantamentos precisos e rápidos nas demarcações de propriedades, localização e medição de áreas. Aparelhos específicos para esta finalidade permitem coleta de dados para cadastramentos diversos. Na agricultura de precisão (AP), que consiste em melhorar a produtividade das culturas por meio de acompanhamento e tratamento diferenciado de pequenas parcelas da lavoura, o GPS é utilizado em todas as etapas: no georreferenciamento e posicionamento das amostras de solo; no registro espacial da vazão do produto, no momento da colheita; na determinação do local correto de aplicação de corretivos e fertilizantes. Nas tarefas de previsão de safras, além disso pode também pode ser usado para delimitação e cálculo de áreas de cultivo, no georreferenciamento de lavouras e/ou parcelas utilizadas como áreas amostrais, etc.

Outras aplicações são possíveis, por exemplo, estão na área do planejamento regional e urbano, na locação de obras na construção civil, como estradas, barragens, pontes, túneis, etc.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS VII

4.11 Classificação dos receptores GPS

Os receptores GPS podem ser divididos segundo vários critérios. Uma classificação possível é de acordo com a comunidade usuária: receptor militar, civil, navegação, geodésico e de aquisição de tempo.

Atualmente, há uma grande quantidade de receptores disponíveis no mercado, com os mais variados preços, configurações e para as mais diversas aplicações . Assim, no que diz respeito a classificação quanto ao publico utilizador, temos ainda conforme Rosa (2004), a dividisã odos equipamentos GPS em cinco grupos, segundo os objetivos de precisão e investimento: Navegação, DGPS, Cadastral, Topográfico e Geodésico.

Navegação - fornecem o posicionamento em tempo real, baseado no código C/A. Eles trabalham com pseudodistâncias obtendo-se precisão da ordem de 10 a 20 metros.
DGPS - semelhantes aos GPS de navegação, porém possuem um link de rádio, utilizado para receber as correções diferenciais provenientes de uma estação base. Através dessas correções em tempo real, consegue-se eliminar o maior erro do GPS que é o AS, obtendo-se precisão da ordem de 1 a 3 metros.

Cadastral - inclui os aparelhos que trabalham com código C/A e os que trabalham com a fase da portadora L1. O pós-processamento é executado em escritório, através da utilização de software específico. A grande diferença deste equipamento é a sua capacidade de aquisição e armazenamento de dados alfanuméricos associados às feições espaciais levantadas (ponto, linha e área), permitindo realizar cadastros para SIG. Dependendo do método e do aparelho utilizado, consegue -se precisões de 10 cemtímetros a 1 metro.

Topográficos - poderiam ser considerados iguais aos cadastrais, contudo possuem evoluções tecnológicas no próprio aparelho que acarretam numa melhora da precisão, podendo chegar até 1 centímetro. Utilizados em geral para levantamentos destinados a demarcação de terras.

Geodésicos - aparelhos de dupla frequência, recebendo a frequência L1 e a frequência L2. Esses aparelhos sofrem menos interferência da ionosfera. Estes aparelhos, com seus sofisticados recursos eletrônicos, consegue-se precisões diferenciais pós-processada da ordem de 5 mm + 1 ppm. São indicados para trabalhos geodésicos de alta precisão, como por exemplo transporte de coordenadas.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS VI

4.7 Erros relacionados ao satélite

4.7.1 Erros orbitais

Informações orbitais podem ser obtidas a partir das efemérides transmitidas pelos satélites ou das pós-processadas, denominadas efemérides precisas. As coordenadas dos satélites calculadas a partir das efemérides são, normalmente, consideradas como fixas durante o processo de ajustamento dos dados GPS. Assim sendo, qualquer erro nas coordenadas do satélite se propagará para a posição do usuário.

4.7.2 Erros no Relógio do Satélite
Embora altamente acurados, os relógios atômicos à bordo dos satélites não acompanham o sistema de tempo GPS. A diferença chega a ser, no máximo, de 1 milisegundo. Os relógios são monitorados pelo segmento de controle.

4.7.3 Relatividade
Os efeitos da relatividade no GPS não são restritos somente aos satélites (órbitas e relógios), mas também a propagação do sinal e aos relógios dos receptores. O relógio do satélite, além dos erros já mencionados, variam devido a relatividade geral e especial. Os relógios nas estações de monitoramento e de bordo estão situados em locais com potenciais gravitacionais diferentes, além de mover-se com velocidades diferentes. Isto provoca uma aparente alteração na freqüência dos relógios de bordo com relação aos terrestres.

4.7.4 Atraso de Grupo
Este erro é decorrente do retardo dos sinais quando passam através do hardware do satélite, afetando o tempo de propagação do sinal. No entanto, a calibração durante a fase de testes dos satélites permite determinar a magnitude do atraso e introduzi-la como parte dos coeficientes do polinômio do relógio.

4.8 Erros relacionados com a Propagação do Sinal

Os sinais provenientes dos satélites atravessam a atmosfera onde sofrem refração, resultando numa trajetória curva associada a um atraso na chegada do sinal. A trajetória curva se deve ao fato do sinal passar através de vários níveis de densidade variáveis. O retardo do sinal é uma conseqüência da diferença entre a velocidade do sinal na atmosfera e no vácuo.

4.8.1 Refração Troposférica
O meio onde ocorre a propagação consiste essencialmente da troposfera e da ionosfera. A troposfera se estende da superfície terrestre até aproximadamente 50 km e comporta-se como um meio não dispersivo, isto é, a refração é independente da freqüência do sinal.
O efeito da troposfera podem variar de poucos metros até aproximadamente 100m, dependendo da densidade da atmosfera e do ângulo de elevação do satélite. A refração troposférica é muito sensível à quantidade de vapor d'água presente, razão pela qual costuma-se dividi-la em duas componentes : uma seca e outra úmida.

4.8.2 Refração Ionosférica
A ionosfera, ao contrário da troposfera, é um meio dispersivo. Isto significa que a refração ionosférica depende da freqüência do sinal. A dependência da freqüência torna possível eliminar os efeitos de primeira ordem quando se coleta os dados com um receptor de dupla freqüência. Para receptores de freqüência simples, a ionosfera é a maior fonte de erro. No posicionamento relativo, sobre distâncias curtas (10 a 20 km), a maioria dos erros é eliminada. No entanto, receptores de freqüência simples são normalmente usados sobre linhas de bases maiores que as consideradas adequadas para eliminar grande parte dos efeitos da ionosfera.

4.8.3 Sinais refletidos
O receptor pode, em alguma circunstância, receber além do sinal que chega diretamente a antena, sinais refletidos em superfícies vizinhas à mesma. Tal circunstância depende da relatividade do meio onde se posiciona a antena, características da antena e de técnicas utilizadas para impedir sinais refletidos. As condições um tanto arbitrária envolvendo o levantamento torna a modelagem destes efeitos um tanto difícil, muito embora algumas combinações de observáveis permitam avaliar o nível de sinais refletidos. Estes efeitos são normalmente considerados como erros aleatórios, embora em alguns casos, pode-se comportar como efeitos sistemáticos. Desta forma, a recomendação mais efetiva é evitar levantamentos em locais propícios a estes efeitos.

4.8.4 Perdas de Ciclos
As medidas de fase são, normalmente, contínuas com respeito ao período de uma sessão de observação. Quando há uma não continuidade na medida da fase diz-se que ocorreu perda de ciclos. Isto pode ser devido a bloqueio do sinal, aceleração da antena, variações bruscas na atmosfera, interferências de outras fontes de rádio e problemas com o receptor e software. Quando ocorre perda de ciclos, é de se esperar que a parte fracional permanece correta; somente o número inteiros de ciclos sofre um salto. É necessário, e na maioria das vezes é possível, corrigir a fase da portadora do número inteiros de ciclos provocando a descontinuidade.

4.8.5 Rotação da Terra
Durante a propagação do sinal, o sistema de coordenadas rotaciona com relação ao satélite, alterando suas coordenadas. As coordenadas originais do satélite devem ser rotacionadas sobre o eixo Z de um ângulo θ, definido como o produto do tempo de propagação pela velocidade de rotação da Terra .
4.9 Erros Relacionados com o Receptor e Antena
Os erros relacionados com o receptor e antena são aqueles devido ao hardware do receptor e design da antena.

4.9.1 Erro do relógio
Os receptores GPS são normalmente equipados com osciladores de quartzo, os quais possuem boa estabilidade interna e são de custos relativamente baixo. Cada receptor possui a sua própria escala de tempo, definido pelo oscilador interno, a qual difere da escala de tempo GPS. Alguns receptores possuem osciladores altamente estáveis, podendo aceitar padrões de tempo externo. No entanto, são receptores de custo elevado, normalmente utilizados em redes de alta precisão.

4.9.2 Erros entre Canais
Quando um receptor possui mais que um canal de rastreio, pode ocorrer erro (sistemático) entre os canais. Atualmente, a maioria do receptores geodésicos possuem canais múltiplos, com cada um dos canais registrando os dados de um satélite particular, sujeito portanto ao tipo de erro aqui discutido. Para corrigi-lo, o receptor realiza uma calibração no início de cada levantamento. Para tal, cada canal rastreia simultaneamente um satélite em particular e determina os erros em relação a um canal tomado como padrão. Todos as medidas subseqüentes são corrigidas deste efeito.

4.9.3 Centro da Fase da Antena
O centro elétrico da antena é um ponto no qual as medidas dos sinais são referenciadas e geralmente não coincide com o centro físico da antena. A discrepância varia com a intensidade e direção dos sinais e é diferente para a portadora L1 e L2. Para levantamentos de alta precisão, todas as antenas envolvidas no projeto devem ser calibradas, visando corrigir as observações. Antenas de mesmo fabricante e modelos iguais não devem apresentar maiores problemas. No entanto, recomenda-se que a orientação de todas as antenas envolvidas num projeto esteja na mesma direção.

4.10 Erros Relacionados com a Estação
Além de erros nas coordenadas da estação, no caso de fixar as coordenadas da estação base, outros erros resultantes de fenômenos geofísicos podem causar variações nas coordenadas das estações envolvidas no levantamento durante o período de coleta das observações. Entre eles estão incluídos os efeitos de marés terrestres, carga dos oceanos e carga da atmosfera.

4.10.1 Coordenadas da Estação
Posicionamento GPS, no modo relativo, proporciona diferenças de coordenadas tridimensionais (X, Y e Z) de alta precisão. As diferenças de coordenadas não contém informações sobre o sistema de referência (datum), as quais são indispensáveis em qualquer tipo de levantamento. Para tal, pelo menos um ponto deve ser mantido fixo. Qualquer erro em suas coordenadas irá ser propagado para as coordenadas dos pontos determinados a partir dele. Um outro tipo de problema, que quase sempre passa despercebido, é que um erro na posição do ponto fixo, também afetará as componentes relativas, não especialmente as coordenadas cartesinas, mas sim a geodésicas. A obtenção de cada uma destas componentes é função das coordenadas supostas erradas. Têm sido mostrado que um erro de 5 m nas coordenadas de uma estação base pode produzir erros de 1,0, 0,9 e 0,8 ppm nas diferenças de coordenadas geodésicas. Isto mostra a importância de se ter coordenadas das estações bases compatíveis com a do WGS-84. Não é o que acontece no Brasil no momento, haja vista que os parâmetros de transformação entre o SAD-69 e WGS-84 foi estimado para a estação Chuá, origem do SAD-69, e são aplicados para todo o Brasil. Deformações da ordem de 20 m podem ser esperada, o que certamente deteriorará a alta acuracidade proporcionada pelo GPS.

4.10.2 Marés Terrestre
A deformação da Terra devido as forças das marés (sol e lua) é denominada marés terrestres. Próximo ao equador, a superfície desloca-se por volta de 40 cm durante um período de 6 horas. A variação é função da posição do sol e da lua, sendo que os períodos principais destas variações são às 12 e 24 horas. Tal variação é função do tempo, mas também depende da posição da estação. O efeito é similar para estações adjacentes e é provável que a maioria deles seja cancelado no processo diferencial. Para redes com linhas base longas, tais efeitos devem ser modelados.

4.10.3 Movimento do Polo
A variação das coordenadas das estações causadas pelo movimento do polo deve também ser considerada. Tal variação atinge até 25 mm (componente radial) e não se cancela sobre qualquer duração da sessão. No entanto, no posicionamento relativo é praticamente eliminada.

4.10.4 Carga dos Oceanos
O peso que o oceano exerce sobre a superfície terrestre produz cargas periódicas na superfície terrestre resultando em deslocamento A magnitude do deslocamento depende do alinhamento do sol, lua e posição do observador, podendo alcançar cerca de 10 cm na componente vertical em alguma parte do globo. Em regiões afastada da costa, este valor decresce, mas ainda podem alcançar cerca de 1 cm para distâncias (oceano-estação) de 1000 km. Considerando a precisão preconizada pelo GPS, tais efeitos devem ser levados em consideração quando se objetiva levantamento de alta precisão. Para a maioria das aplicações, tal efeito pode ser desprezado, tal como é, sem maiores problemas.

4.10.5 Carga da Atmosfera
A carga da atmosfera exerce força sobre a superfície terrestre. Variações da distribuição da massa atmosférica, a qual pode ser inferida a partir da medida de pressão da atmosfera, induz deformações sobre a crosta, principalmente na direção vertical. As maiores deformações estão associadas com tempestades na atmosfera, podendo alcançar 10 mm. A maioria dos programas para processamento de dados GPS ainda não apresenta modelos para correções desta natureza. Não se trata de um efeito com o qual o usuário deva se preocupar, mas vale a pena ter conhecimento sobre ele e saber que o GPS é sensível ao mesmo.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS V

4.7 Precisão do Posicionamento GPS


Segundo Rosa (2004) o efeito da geometria dos satélites é expresso pelo fator de degradação da precisão (DOP- Dilution Of Precision), o qual pode ser interpretado como a razão entre a exatidão do posicionamento e a exatidão da medição. Se por exemplo observarmos 4 satélites muito próximos, um metro na medição da distância pode resultar em centenas de metro de erro na posição calculada. Mas se observarmos muitos satélites e estes se encontrarem espalhados pelo céu, talvez o erro na posição seja inferior a 1.5 metros por cada metro de erro na medição de uma distância. Existem vários tipos de DOP, os mais comuns são:

· GDOP - degradação da precisão da posição tridimensional e tempo (geometria)
· PDOP - degradação da precisão da posição tridimensional
· VDOP - degradação da precisão vertical
· HDOP – degradação da precisão horizontal


O sistema GPS está sujeito à erros aleatórios, sistemáticos e grosseiros. Os erros sistemáticos podem ser parametrizados (modelados como termos adicionais) ou eliminados por técnicas apropriadas. Os erros aleatórios, por sua vez, não apresentam qualquer relação funcional com as medidas e são, normalmente as discrepâncias remanescente nas observações depois que todos os erros grosseiros e sistemáticos são minimizados; são inevitáveis, sendo considerados como uma propriedade inerente da observação. A tabela abaixo apresenta uma subdivisão das fontes de erros e lista alguns de seus efeitos. (FIGUEIRÊDO; 2005)

Módulo 4 - Noções básicas de GPS IV

4.6 Descrição dos receptores GPS

Os principais componentes de um receptor GPS são (Seeber, 1993):

· antena com pré-amplificador: as antenas GPS são protegidas para evitar possíveis danos. Para tanto se usa um tipo de plástico especial, o qual deve manter os sinais tão próximo do original quanto possível. A captação dos sinais GPS está mais concentrada no receptor do que na antena propriamente dita. De qualquer forma, uma antena GPS, geralmente, contém um pré- amplificador de baixo ruído que impulsiona o sinal antes dele alimentar o receptor.

· seção de Radio freqüência (RF): estásecção serve para a identificação e processamento dos sinais os sinais que entram no receptor. Estes sinais por sua vez são convertidos na divisão de RF para uma freqüência mais baixa, denominada freqüência intermediária e mais fácil de ser tratada nas demais partes do receptor. Isto é obtido pela combinação do sinal recebido pelo receptor com um sinal senoidal gerado pelo oscilador do receptor. Estes osciladores são, normalmente de quartzo e de qualidade muito superior aos utilizados nos relógios de pulso.

· microprocessador para controle do receptor, amostragem e processamento dos dados: é necessário no controle das operações do receptor (obter e processar o sinal, decodificar a mensagem de navegação), bem como para calcular posições e velocidades, além de outras funções (controle dos dados de entrada e saída, mostrar informações).

· interface para o usuário, painel de exibição e comandos: a unidade de comando e display proporciona a interação com o usuário. As teclas podem ser usadas para entrar com comandos visando selecionar as mais variadas opções de coleta de dados, monitoramento das atividades do receptor, mostrar as coordenadas calculadas e outros detalhes, satélites sendo rastreados, ângulo de elevação, etc, bem como para entrar com a altura da antena e identificação da estação. Porém a maioria dos receptores dispõe de padrão de operação preestabelecido, não requerendo intervenção do usuário.
· provisão de energia: o suprimento de energia foi um fator muito crítico nos primeiros receptores, devido ao alto consumo. Os receptores modernos são concebidos para que tenha consumo mínimo de energia. Alguns chegam mesmo a operar com baterias comuns (pilhas), embora tenham uma bateria interna recarregável, em adição a entrada de energia externa.

· memória para armazenar os dados: os receptores dispõem também de memória interna para armazenagem das observações (pseudo-distância e medidas de fase da portadora) e das efemérides transmitidas.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS III

4.5 - Segmentos do Sistema GPS


O Sistema GPS subdivide-se em três segmentos: espacial, de controle e do usuário.
1) Segmento Espacial

Consiste em 24 satélites distribuídos em seis planos orbitais igualmente espaçados (quatro satélites em cada plano), numa altitude aproximada de 20.200 km. Os planos orbitais são inclinados 55º em relação ao equador e o período orbital é de aproximadamente 12 horas siderais. Desta forma, a posição de cada satélite se repete, a cada dia, quatro minutos antes que a do dia anterior. Esta configuração garante que no mínimo quatro satélites GPS sejam visíveis em qualquer ponto da superfície terrestre, a qualquer hora.

2) Segmento de controle
As principais tarefas do segmento de controle são: monitorar e controlar continuamente o sistema de satélites, determinar o sistema de tempo GPS, predizer as efemérides dos satélites e calcular as correções dos relógios dos satélites e atualizar periodicamente as mensagens de navegação de cada satélite.

O sistema de controle é composto por cinco estações monitoras (Hawaii, Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia, Colorado Springs), três antenas para transmitir os dados para os satélites, (Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein), e uma estação de controle central (MCS: Master Control Station) localizada em Colorado Springs, Colorado –EUA. Os dados são processados na estação de controle central, para determinar as órbita dos satélites e as correções dos relógios dos satélites afim de atualizar periodicamente as mensagens de navegação. A informação atualizada é enviada para os satélites a partir das antenas terrestres.

3)Segmento dos usuários

O segmento de usuários é composto pelos receptores GPS, os quais devem ser apropriados para usar o sinal GPS para os propósitos de navegação, geodésia ou outra atividade qualquer. A categoria de usuários pode ser dividida em civil e militar. Atualmente há uma grande quantidade de receptores no mercado civil, para as mais diversas aplicações, o que demonstra que o GPS realmente atingiu sua maturidade e popularidade, servindo de base de para atualização e geração das mais diversas informações de diversas áreas e além, de servir para os mais diveersos usos.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS II

4.2 - Características dos Sinais GPS

Cada satélite GPS transmite duas ondas portadoras: L1 e L2, que são geradas a partir da freqüência fundamental de 10.23 MHz, a qual por sua vez é multiplicada por 154 e 120 respectivamente. Desta forma, as freqüências (L) e os comprimentos de onda (λ.) de L1 e L2 são:
L1 = 1575.42 MHz -> λ = 19 cm
L2 = 1227.60 MHz -> λ = 24 cm

Estas duas freqüências são geradas simultaneamente, permitindo aos usuários corrigir grande parte dos erros decorrentes da refração ionosférica, que altera as ondas emitidas e recebidas entre satélites e receptores terrestres (aparelho GPS).

4.3 Modo de Funcionamento dos GPS

Cada satélite transmite um sinal que é recebido pelo receptor, este por sua vez mede o tempo que os sinais demoram a chegar até ele. Multiplicando o tempo medido pela velocidade do sinal (a velocidade da luz), obtemos a distância do receptor ao satélite, (distância = velocidade x tempo). No entanto, a precisão no posicionamento GPS depende do número e da geometria dos satélites usados e, obviamente, da precisão da medição da distância do receptor ao satélite.

Ou seja, o processo de identificação de um ponto receptor a partir de sinais de satélite é o que caracteriza o GPS. O receptor capta os sinais de quatro satélites para determinar as suas próprias coordenadas, e ainda o tempo. Depois, calcula a distância entre os quatro satélites pelo intervalo de tempo entre o instante local e o instante em que os sinais foram enviados.

Decodificando as localizações dos satélites a partir dos sinais de ondas específicas e de uma base de dados interna, a partir da velocidade de propagação do sinal, o receptor pode situar-se na intersecção desses dados, permitindo identificar exatamente onde o aparelho se encontra na Terra.

4.4 Sistema de Referencia

O sistema geodésico adotado para referência é o World Geodetic System de 1984 (WGS-84), ou seja, os resultados dos posicionamentos realizados com o GPS referem-se a esse sistema geodésico, devendo ser transformados para o sistema SAD-69, adotado no Brasil, através de metodologia própria. Ressalta-se que o GPS fornece resultados de altitude elipsoidal, tornando obrigatório o emprego do Mapa Geoidal do Brasil, produzido pelo IBGE, para a obtenção de altitudes referenciadas ao geóide (nível médio dos mares). A figura a seguir ilustra o WGS-84, que tem sua origem no centro de massa da Terra, com os eixos cartesianos X, Y e Z idênticos ao Sistema de Referência Terrestre Convencional para a época 1984. (IBGE; 2004).


Fonte: IBGE; 2004


O elipsóide de referência é o GRS80 (Geodetic Reference System 1980), um elipsóide de revolução equipotencial e geocêntrico. Alguns parâmetros relacionados a este elipsóide estão listados na tabela a seguir (Hofmann-Wellenhof el al, 1992).


Módulo 4 - Noções básicas de GPS

4.1 – O que é GPS?

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema de radionavegação controlado e desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América e que permite a qualquer usuário saber a sua localização, velocidade e tempo, 24 horas por dia, sob quaisquer condições atmosféricas e em qualquer ponto da Terra, tendo a sua disposição, no mínimo, quatro satélites que podem ser rastreados para poder obter as informações desejadas, permitindo-se assim ter-se o posicionamento em tempo real.

Ou seja, é sistema de posicionamento geográfico que nos dá as coordenadas de um lugar na Terra, desde que tenhamos um receptor de sinais de GPS. A nossa posição sobre a Terra é referenciada em relação ao equador e ao meridiano de Greenwich e traduz-se por três números: a latitude, a longitude e a altitude.

Os fundamentos básicos do GPS baseiam-se na determinação da distância entre um ponto (localização de um objeto qualquer), o receptor (o aparelho de GPS), e os satélites (pontos de referência). Sabendo a distância que separa o receptor de 3 pontos podemos determinar sua posição relativa aos mesmos. A posição é a intersecção de 3 circunferências cujos raios são as distâncias medidas entre o receptor e os satélites. Do ponto de vista geométrico, somente três medidas de distância seriam suficientes. A quarta medida é necessária devido a falta de sincronização dos relógios dos satélites com os relógios do usuário, por isso, são necessários no mínimo 4 satélites para determinar a posição e tempo satisfatoriamente. (ROSA; 2004) .

Podemos assim afirmar que os GPS têm como função básica identificar a localização de um receptor que capte os sinais emitidos por seus satélites na superfície terrestre. Lembrando que o GPS consegue nos fornecer informações na forma de coordenadas geográficas e/ou UTM da posição do receptor com precisão entre 5 e 20 metros.

Há que se destacar que no GPS há dois tipos de serviços: o SPS (Standard Positioning Service) e o PPS (Precise Positioning Service). O SPS é um serviço de posicionamento e tempo padrão e que está disponível para qualquer usuários do globo, sem cobrança de taxas. Este serviço proporciona capacidade de obter exatidão horizontal e vertical dentro de 100 e 140 m respectivamente, e 340 ns (nanosegundos) na obtenção de medidas de tempo.

Já quanto ao PPS este por sua vez proporciona melhores resultados ( 10m e 20 m), mas é restrito ao uso militar e usuários autorizados, esta limitação ao acesso e ao nível de exatidão é garantida pela adoção do AS (Anti-Spoofing) e SA (Selective Availability). O AS ( anti-fraude) é um processo de criptografia do código P, visando protege-lo de imitações por usuários não autorizados. O SA (disponibilidade seletiva), ou seja, a proibição de obter a exatidão proporcionada pelo GPS, é consumada pela manipulação das mensagens de navegação e da freqüência dos relógios dos satélites.

Módulo 2 e 3: Apresentação e uso do Software Spring

Estes dois módulos referem-se à montagem e organização da base de dados, bem como a confecção de documentos cartográficos que possam vir a auxiliar no planejamento de uma bacia hidrográfica.

Estes documentos cartográficos serão elaborados com a utilização do software SPRING, elaborado pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE; sendo que o acesso ao software em questão é possivel pelo site do próprio INPE, na seguinte página:


http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/download.php

Após o acesso a está página, realizar o cadastro solicitado, e após selecionar a versão desejada e clicar em dowlond, conforme a figura a seguir:

Fonte: Site INPE

Após isto, aparecerá a janela referente a versão escolhida, nesta janela a escolha da fonte para a transferencia do download, onde escolhe-se o idioma desejado. Para a realização do download, basta clicar em INSTALA; conforme exibido na figura abaixo:
Fonte: Site INPE


Após a conclusão do download, aparecerá na tela da área de trabalho do computador, um icone referente ao instalador do software Spring, bastando instalar o mesmo. Após a conclusão da instalação do Spring, aparecerão na área de trabalho os ícones relacionados ao mesmo.

Já para obter-se alguns manuais relativos ao SPRING, podemos acessar as seguintes páginas: