TRIBUNAL DE CONTAS DO ESTADO DO PIAU INSPETORIA

TRIBUNAL DE CONTAS DO ESTADO DO PIAUÍ INSPETORIA DE OBRAS DIVISÃO DE ENGENHARIA TREINAMENTO BÁSICO EM OPERAÇÃO DE GPS Instrutores: Iury Francisco de Menezes Maniçoba – Aud. Fiscal de Controle Externo (engenharia) 1 Francisco Leite da Silva Neto – Aud. Fiscal de Controle Externo (engenharia)

ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO 1 – REPRESENTAÇÃO DA TERRA 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA 3 – SISTEMA GPS 4 – RECEPTORES GPS 5 – AULA PRÁTICA 2

1 – REPRESENTAÇÃO DA TERRA - Características ● Massa NÃO homogênea ● Campo de gravidade variável (Função ~ densidade da matéria) ● Forma irregular 3

1 – REPRESENTAÇÃO DA TERRA FORMAS DE REPRESENTAÇÃO Geoidal Definição: Superfície irregular onde cada ponto tem a mesma força da gravidade que a gravidade ao nível médio dos mares. Características: • NÃO modelável matematicamente • COM significado físico Centro: centro de massa da Terra Elipsoidal Definição: Superfície matemática regular na forma de um elipsóide de revolução. Características: • Modelável matematicamente • SEM significado físico Centro: centro arbitrário dependente dos parâmetros de definição do elipsóide 4

1 – REPRESENTAÇÃO DA TERRA FORMAS DE REPRESENTAÇÃO - ILUSTRAÇÃO b Eq. Elipsóide de Revolução a LEGENDA ELIPSÓIDE SUPERFÍCIE DA TERRA GEÓIDE PAR METROS DO ELIPSÓIDE a semi-eixo maior b semi-eixo menor e excentricidade da elipse f achatamento da elipse 5

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA SISTEMA ELIPSOIDAL MISTO ELIPSÓIDE GLOBAL – DATUM GLOBAL: ELIPSÓIDE GLOBAL + ADEQUADO GEÓIDE GLOBAL APLICAÇÃO FUNCINAMENTO DO SISTEMA GPS ELIPSÓIDE LOCAL – DATUM LOCAL: ELIPSÓIDE LOCAL (DATUM) + ADEQUADO PARTE DO GEÓIDE NO LOCAL DE LEVANTAMENTO APLICAÇÃO RECEPTORES DE USUÁRIOS DO GPS SISTEMA GPS ELIPSÓIDE GLOBAL TRANSFORMAÇÃO DE COORDENADAS USUÁRIOS DO SISTEMA GPS ELIPSÓIDE LOCAL 6

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA SISTEMA ELIPSOIDAL MISTO - ILUSTRAÇÃO Ponto de Datum Área de cobertura do elipsóide local VETOR DIFERENÇA CENTRO DO ELIPSÓIDE LOCAL CENTRO DO ELIPSÓIDE GLOBAL GEÓIDE ELIPSOIDE GLOBAL ELIPSOIDE LOCAL ELIPSÓIDE LOCAL – DATUM LOCAL: • DEFINIÇÃO “ Elipsóide de revolução que melhor representa (“melhor se encaixa” ) a superfície geoidal de uma dada região. ” • PONTO DE COINCIDÊNCIA ou PONTO DE DATUM “ Ponto referência onde há coincidência entre o elipsóide de revolução local e o geóide global. ” 7

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA ELIPSÓIDE GLOBAL – DATUM GLOBAL: • Elipsóide global World Geodetec System – 1984 (WGS 1984) • Nível de abrangência: Global ou planetário • Data de utilização: 1987 • Erro de posicionamento horizontal: + ou - 1 a 2 metros • SISTEMA DE REFERÊNCIA LOCAL - BRASIL ELIPSÓIDE LOCAL – DATUM LOCAL: • Elipsóide local South American Datum (SAD-69) • Nível de abrangência: América do sul • Data de utilização: 1977 • Ponto de Datum: Vértice CHUÁ – próximo a cidade de Uberaba (MG) ELIPSÓIDE ANTERIOR: Elipsóide Internacional de Hayford (1924) Datum CORRÉGO ALEGRE PRÓXIMO ELIPSÓIDE: Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS 2000) 8

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA FATORES PARA TRANSFORMAÇÃO ENTRE DATUM (GLOBAL LOCAL) • Componentes do vetor diferença do geocentro • ngulos de rotação dos três eixos (X, Y, Z) • Fator de escala entre Datum s WGS 84 x SAD 69: EIXOS PARALELOS WGS 84 GEOCENTRICO SAD 69 - NÃO GEOCENTRICO WGS-84 SAD-69 9

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA SIRGAS 2000: Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas “O SIRGAS 2000 compreende em um sistema geodésico de referência (sistema de coordenadas) que permite a localização geográfica de precisão de pontos nas Américas do Sul, Central e Norte. ” Diferença: SAD 69 X SIRGAS 2000 Modelo Geoidal - SIRGAS ► SAD 69 é topocêntrica, ou seja, o ponto de origem e orientação está na superfície terrestre. ► SIRGAS 2000 é geocêntrica, ou seja, o ponto de origem é calculado no centro da terra (geóide). Obs. : Depois desta data, todos os trabalhos de georreferenciamento só terão validade legal se implementados usando o DATUM SIRGAS 2000. 10 (MAPGEO 2004)

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA DATUM HORIZONTAL: ELIPSÓIDES MATEMÁTICOS DATUM VERTICAL: GEÓIDE H=h-N N Altura ou ondulação geoidal h Altitude elipsoidal (SEM sentido físico – dependente do elipsóide usado) H Altitude ortométrica (COM sentido físico – independente do elipsóide usado) DATUM BRASILEIRO Nmax = 30 metros • HORIZONTAL: SAD-69 • VERTICAL: Cota Zero Imbituba – SC Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) – Referências de nível 11

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA Projeção Geográfica (Latitude e longitude) • DEFINIÇÃO: Projeção esférica geocêntrica que usa uma esfera de referência para representar elementos geográficos da superfície da Terra. - Latitude - Longitude h - Altitude Elipsoidal • REFERÊNCIA: Direção N/S Equador = latitude 0º Direção L/O Meridiano Greenwich = longitude 0º 12

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA • PRINCÍPIOS DE PROJEÇÃO CARTOGRÁFICA (SIST. COORD. ) DEFINIÇÃO: Procedimento matemático usado para transformar os elementos geográficos que estão sobre a superfície de referência (Elipsóide) para uma superfície de projeção (plana, cilíndrica ou cônica). ” • Superfície de projeção (Plana, cilíndrica ou cônica) • Sup. de referência (Elipsóide) CURVA Distorções • Projeção equivalente: Proj. Lambert • Projeção equidistante: PLANO CURVO Superfície de Projeção Preservar Área Distâncias Superfície de Referência Proj. UTM • Projeção conforme: Superfície de Projeção Proj. Cônica Preservar Forma Superfície de Referência 13

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA • TIPOS DE PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS Projeto Universal Transversal de Mercator (UTM) PROJEÇÃO DE MERCATOR PROJEÇÃO UNIVERSAL TRANSVERSA DE MERCATOR FUSOS CONTADOS A PARTIR DO MERIDIANO DE GREENWICH a 180º DESTE, NA DIREÇÃO LESTE 14

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA Projeto Universal Transversal de Mercator (UTM) • DEFINIÇÃO: Projeção cartográfica que usa um cilindro secante a superfície elipsoidal de referência para representar elementos geográficos com a preservação da forma. VISÃO ESPACIAL Total de 60 fusos Meridiano Central do Pequenas deformação Meridiano Fuso de distâncias entre os Secante paralelos 80 S e 84 N Paralelo 84º S Elipsóide de Hayford (1924) Superfície de Projeção Cilíndrica Secante Equador 0º Elipsóide Paralelo 80º S Fuso = 6º Obs. : O cilindro secante é rotacionado para adaptar-se cada um dos fusos da projeção UTM 15

2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA Projeto Universal Transversal de Mercator (UTM) Exceto letra: Ie. O 16 FUSOS CONTADOS A PARTIR DO ANTI-MERIDIANO DE GREENWICH a 180º DESTE, NA SENTIDO LESTE

3 – SISTEMA GPS “O GPS ou NAVSTA-GPS (NAVigation Satellite with Time and Ranging GPS) consiste num sistema de radionavegação via satélite capaz de determinar a posição, velocidade e o tempo de um ponto sobre a superfície da Terra” • CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA GPS Sistema desenvolvida pelo Departamento de Defesa Americano Do. D. Permite elevada precisão de posicionamento Determina posição de um ponto na superfície da Terra em vários sistemas de coordenadas geográficas Sinal de navegação disponível 24 h por dia Permite a determinação da posição geográfica sob quaisquer condições climáticas Capacidade de integração com outros sistemas. Ex. : SIG, CAD, Estação total Rapidez e automação no levantamento de dados 17

3 – SISTEMA GPS • SEGMENTOS GPS Segmento Espacial, constituídos pelos satélites que transmitem os sinais usados no posicionamento GPS Segmento de Controle, que é responsável pela manutenção do sistema Segmento de Usuários, contendo todas as aplicações e tipos de receptores 18

3 – SISTEMA GPS • SEGMENTOS ESPACIAL • 21 satélites mais 3 reservas (Blocos II, IIA e IIR); • 6 planos orbitais, com inclinação de 55º em relação ao equador; • período de 12 horas siderais; • altura de 20. 200 km; • total cobertura terrestre. 19

3 – SISTEMA GPS • SEGMENTO DE CONTROLE O segmento de controle consiste de uma estação principal, uma rede mundial de estações monitoradas, e de estações de controle terrestres Ø OBJETIVOS OPERACIONAIS q Rastrear satélites para a determinação de órbitas e correção dos relógios, e modelagem periódica; q Sincronizar o tempo dos satélites; q Injetar nos satélites as mensagens contendo os dados que devem ser transmitidos aos receptores. 20

3 – SISTEMA GPS • CARACTERÍSTICAS DOS SINAIS GPS A função principal dos satélites é gerar e transmitir os sinais GPS (códigos, portadoras e mensagens de navegação) Os sinais são derivados da frequência fundamental fo=10, 23 MHz Ondas portadoras: L 1=154*fo=1. 575, 42 MHz L 2=120*fo=1. 227, 60 MHz Códigos: C/A=fo/10=1, 023 MHz P=fo=10, 23 MHz 21

3 – SISTEMA GPS • CARACTERÍSTICAS DOS SINAIS GPS O código C/A (Coarse/Aquisition – Fácil Aquisição) é modulado apenas na portadora L 1 O código P (Precise ou Protected – Preciso ou Protegido) que é reservado ao uso militar americano e a usuários autorizados Existe, ainda, o código Y, sendo gerado, entretanto, a partir de uma equação secreta Os receptores, de uma forma geral, podem ser classificados segundo as aplicações a que se destinam. E como as aplicações estão intimamente ligadas ao tipo de sinal GPS utilizado, os tipos de receptores diferenciam-se segundo a(s) componente(s) do sinal que é(são) rastreada(s) Basicamente, existem aqueles que se destinam às aplicações de posicionamento em tempo real (navegação), caracterizando-se pela observação do(s) códigos(s) C/A (e P); e os que são utilizados em aplicações estáticas, que observam a fase da(s) portadora(s) L 1 (e L 2). 22

3 – SISTEMA GPS • SEGMENTO DE USUÁRIOS ØO segmento de usuários é composto por dois grupos distintos, que são os usuários militares e os usuários civis. ØOs usuários civis podem ser divididos em dois grupos que são: os que utilizam o sistema para a navegação e os que o utilizam para cartografia 23

4 – RECEPTORES GPS • ARQUITETURA BÁSICO DE RECEPTORES GPS Sinal GPS (fraco) Processador Inicial Antena e Pré Amplificador Oscilador de Tempo Suprimento de energia Micro Processador Interface com o usuário (Display) Rastreador de código Rastreador de fase da onda portadora Memória Interna e/ou Externa Descarregador externo de dados 24

4 – RECEPTORES GPS • A ANTENA do receptor GPS Capta o sinal GPS e o converte em corrente elétrica, amplificando o sinal e enviando-o para a parte eletrônica do receptor. Exemplos de tipo de Antena de receptor GPS: 25

4 – RECEPTORES GPS • O PROCESSADOR do Sinal GPS Converte o sinal GPS recebido em um sinal de baixa freqüência, mais fácil de ser trabalhados nos canais de rastreamento do sinal de navegação. Exemplos de tipo de Antena de receptor GPS: Sinal de Alta Frequência Processador Inicial Sinal de BAIXA Frequência Oscilador de Tempo (Quartzo) • MICROPOCESSADOR Unidade de processamento de dados responsável pelo controle de todas as operações realizadas pelo receptor. 26

4 – RECEPTORES GPS • CANAIS DE RASTREAMENTO DE SATÉLITES ☛ Conforme tipos de canais: a) Multicanais: Receptores que dispõem de vários canais paralelos onde cada canal efetua o rastreamento contínuo de um dos satélites GPS visíveis. b) Sequenciais: Receptores onde um mesmo canal efetua o rastreamento de satélites diferentes de forma alternada e períodica, sem o devido sincronismo com o sinal de navegação do satélite a) Multiplexados: Receptores onde um mesmo canal alterna o rastreamento de diferentes satélites de forma sincronizada com o sinal de navegação do satélite. 27

4 – RECEPTORES GPS • INTERFACE com o usuário Permite ao usuário interagir com o receptor definindo parâmetros operacionais, configurando DATUM, registrando pontos e rotas, descarregando dados etc. . . Exemplo de Interface: Receptor GPS 60 CS da GARMIN • MEMÓRIA Permite ao usuário armazenar dados (pontos, rotas, mapas) no receptor GPS. Tipo: Interna: unidade de armazenamento de dados intrínseco e não removível Externa: unidade de armazenamento de dados removível, tipo cartão SD Exemplo de cartão SD 28 memória externa

4 – RECEPTORES GPS • QUANTO AO TIPO DE PORTADORAS RECEBIDAS GPS de frequência simples – Portadora L 1 Acesso ao código C/A Uso: navegação Precisão: 10 a 15 m GPS de dupla frequência – Portadora L 1 e L 2 Acesso aos códigos C/A e/ou P Uso: militar e levantamento de alta precisão Precisão: 0, 005 a 0, 5 m • QUANTO AO TIPO DE APLICAÇÃO Receptores de Navegação: equipamentos de média precisão empregados em aplicações variadas (ex. : rastreamento veicular, posicionamento absoluto, trilhas etc. . . ) Receptores Geodésicos: equipamentos de alta precisão usados para levantamentos de redes geodésicas de referência geográfica 29

4 – RECEPTORES GPS • EXEMPLO: GPS Garmin 60 CS 30

4 – RECEPTORES GPS 31

4 – RECEPTORES GPS • ALGUMAS TELAS DE INTERFACE 32

4 – RECEPTORES GPS • ACESSÓRIOS 33

4 – RECEPTORES GPS • INTERC MIBIO DE DADOS: RECEPTOR <-> COMPUTADOR Software de Processamento de dados Map. Source Receptor GPS Garmin 60 CS Intercâmbio de dados bidirecional 34

4 – RECEPTORES GPS • PRINCIPAIS FABRICANTES DE RECEPTORES GPS www. leica-geosystems. com www. garmin. com www. trimble. com 35

4 – AULA PRÁTICA • GRAVANDO UM PONTO Passo 01 Passo 02 Passo 03 Passo 04 Ø Passo 01: configurar o DATUM para o WGS 84 e o formato da posição Ø Passo 02: ao ligar o receptor, deve-se aguardá-lo adquirir satélites Ø Passo 03: aguardar uma precisão de menos de 15 m Ø Passo 04: gravar o ponto, lembrando de, também, anotar o nome e as coordenadas do ponto 36

4 – AULA PRÁTICA • GRAVANDO UMA TRILHA Passo 01 Passo 02 Passo 03 Passo 04 Ø Passo 01: antes de iniciar uma gravação de trilha, apagar os registros de trilha existente, não as gravações Ø Passo 02: com os registros da trilha zerados, iniciar a marcação da trilha Ø Passo 03: ao chegar no ponto final da trilha, gravar Ø Passo 04: na gravação, você deve anotar o nome da trilha e a distância 37 percorrida

4 – AULA PRÁTICA • TRANSFERINDO DADOS PARA O MAPSOURCE Passo 01 Ø Passo 01: conectar o GPS (ligado) e clicar em “receber do dispositivo”, deixar marcados os itens pontos, rotas e pistas (trilhas) e depois clicar em receber Obs. : deve ser lembrado de configurar o Map. Source para o DATUM WGS 84 38

4 – AULA PRÁTICA • TRANSFERINDO DADOS PARA O MAPSOURCE Passo 02 Ø Passo 02: após receber os dados do GPS, deverá ser salvo o arquivo, e assim fazer o uso devido (verificar as coordenadas de pontos, medir distâncias entre pontos, distâncias de trilhas, etc. ) 39

4 – AULA PRÁTICA • TRANSFERINDO DADOS PARA O GOOGLE EARTH A partir do Map. Source Passo 01 Ø Passo 01: abrir o arquivo salvo e clicar em “Exibir no Google Earth” 40

4 – AULA PRÁTICA • TRANSFERINDO DADOS PARA O GOOGLE EARTH A partir do Map. Source Passo 02 Ø Passo 01: após receber os dados do Map. Source, pode-se fazer o uso devido (verificar as coordenadas de pontos, medir distâncias entre pontos, etc. ) 41

4 – AULA PRÁTICA • TRANSFERINDO DADOS PARA O GOOGLE EARTH A partir do GPS Passo 01 Ø Passo 01: conectar o GPS (ligado) e clicar em “ferramentas/GPS”, selecionar a marca do GPS e deixar marcados os itens de a importar e as opções 42

4 – AULA PRÁTICA • TRANSFERINDO DADOS PARA O GOOGLE EARTH A partir do GPS Passo 02 Ø Passo 01: após receber os dados do GPS, pode-se fazer o uso devido (verificar as coordenadas de pontos, medir distâncias entre pontos, etc. ) Obs. : o DATUM utilizado pelo Google Earth é o WGS 84 43

TRIBUNAL DE CONTAS DO ESTADO DO PIAUÍ INSPETORIA DE OBRAS DIVISÃO DE ENGENHARIA MUITO OBRIGADO BOA SORTE! Instrutores: Iury Francisco de Menezes Maniçoba – Aud. Fiscal de Controle Externo (engenharia) Francisco Leite da Silva Neto – Aud. Fiscal de Controle Externo (engenharia) Contato: 86 -32153972 (Divisão de Engenharia) 44