gps_agricola

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Universidade Estadual de Goiás
Unu – Santa Helena de Goiás
Utilização de GPS de navegação na 
agricultura
Prof. Dr. Pedro Rogerio Giongo
Santa Helena de Goiás, 2012
programação
• UM BREVE HISTÓRICO;
• AS GEOTECNOLOGIAS;
• INTRODUÇÃO AO GPS;
• SEGMENTOS DO GPS (espacial, controle e usuario);
• CONCEITOS BÁSICOS DE CARTOGRAFIA E GEODÉSIA;• CONCEITOS BÁSICOS DE CARTOGRAFIA E GEODÉSIA;
• O POSICIONAMENTO;
• ERROS DO GPS;
• TÉCNICAS DE LEVANTAMENTO;
• APLICAÇÕES DO GPS;
• O FUTURO DO POSICIONAMENTO POR SATÉLITE;
Introdução e Definições
• Navegação: histórico;
– Ano 1000 d.C. = bússola (China);
– Séc. XV d.C. = em Portugal grande impulso à navegação 
oceânica;oceânica;
– Coordenadas:
• Latitude: Séc. XV: Altura do Sol ao meio dia (quadrante, 
sextante e octante). (Escola de Sagres)
• Longitude: Séc XVIII: John Harrison inventou um relógio que 
permanece preciso durante vários dias, mesmo em viagens 
marítimas (variação de temperatura e umidade).
Calcula-se a longitude pela diferença entre o horário do nascer 
do Sol de um local conhecido (Londres) com o local atual.
Introdução e Definições
• Navegação: histórico;
Fonte: PAZ & CUGNASCA (2010)
Introdução e Definições
• Navegação: histórico;
Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/John_Harrison
Relógio de John Harrison
Sistemas de Posicionamento Global
• NAVSTAR - GPS
Navigation Satellite Timing And Ranging
Global Positioning System
– projetado para se obter o posicionamento instantâneo bem como a – projetado para se obter o posicionamento instantâneo bem como a 
velocidade de um ponto na superfície da terra ou próximo a ela;
– Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América;
– inicio dos lançamentos dos satélites 1972;
– “Initial Operational Capability” : 1993;
– “Full Operational Capability” : 1997;
Sistemas de Posicionamento Global
• NAVSTAR - GPS
– número de satélites varia de 24 a 32 (renovação de satélites)
– originalmente para fins militares, liberado com restrições para uso civil 
em 1996;
– 02/05/2000 S/A (Selective Availability) foi desativada;
Sistemas de Posicionamento Global
• Outros Sistemas de Posicionamento:
• Em funcionamento: GLONASS
– Russia com participação da Índia.
– Está parcialmente funcional, devendo estar 100% ainda em 2011.
– 20 satélites.
– Sinal disponível para civis.
• Em implantação:
– GALILEU (União Européia).
– Deverá estar funcional em 2014.
– 27 satélites.
– Sinal disponível para civis.
Sistemas de Posicionamento Global
• Outros Sistemas de Posicionamento:
• Em implantação:
– COMPASS (China)
– Deverá estar funcional antes de 2014.
– 35 satélites.– 35 satélites.
– Não está confirmado se o sinal estará disponível para civis.
• Nota: GNSS:
– junção dos Sistemas GPS, GLONASS e GALILEO com a finalidade de 
garantir melhoria na geometria, disponibilidade para todas as 
regiões do globo terrestre, integridade e confiança aos usuários.
• Está previsto que o COMPASS também integrará o GNSS.
Sistemas de Posicionamento Global
• Características do Sistema GPS
– Disponibilidade contínua 24 horas / dia
– Cobertura Global
– Latitude / Longitude / Altitude / Data-hora
– Precisão ≤ 100 metros 95% do tempo– Precisão ≤ 100 metros 95% do tempo
– Precisão diferencial sub-centimétrica
Sistemas de Posicionamento Global
• Características do Sistema GPS
• Serviços Oferecidos:
• SPS (Standard Positioning Service):
– Serviço oferecido para todos os usuários do globo, sem cobrança de 
qualquer tipo de taxa. Este serviço foi planejado para oferecer exatidão 
horizontal e vertical entre 100 e 140 m respectivamente.
• PPS (Precise Positioning Service):
– Serviço restrito ao uso militar e usuários autorizados. Proporciona 
melhores resultados, em torno de 10 a 20 m.
Com e sem A S/A
Com e sem A S/A
Sistemas de Posicionamento Global
Sistemas de Posicionamento Global
� Receptores
� Algoritmos
Segmento do Usuário
- Compreende o conjunto de usuários civis e militares do sistema 
GPS, incluindo :
� Softwares
Segmento Espacial
Segmento do Usuário
Funcionamento do sistema Funcionamento do sistema 
Segmento de Controle
Estação Master
(Colorado Springs)
Estações de Monitoramento
Diego Garcia
Hawaii
Ascension Is.
Kwajalein
Segmentos do usuario
Características dos sinais GPS
Sistemas de Posicionamento Global
• Características do Sistema GPS
• Determinação da Posição:
• A partir de distâncias a vários satélites pode-se obter 
a posição por meio de uma equação matemática.
• Como são quatro incógnitas: latitude, longitude, 
altitude e tempo,
precisamos de quatro equações = quatro distâncias 
de satélites.
Medição das distâncias
Distância = Velocidade x tempo
Determinação da posição
Determinação da posição
Determinação da posição
Determinação da posição
Métodos de Posicionamento
Consiste da determinação da posição de objetos, 
parado ou em movimento, na superfície terrestre ou 
próximo a ela, utilizando GPS
pode ser realizado nas formas:pode ser realizado nas formas:
– Absoluto; 
– Relativo:
• pós-processado;
• tempo real;
– Diferencial;
Métodos de Posicionamento
• Método Absoluto (ou por ponto);
a determinação das coordenadas x, y e z está relacionada apenas aos satélites GPS 
e ao receptor;
baixa precisão: entre 10 e 100m;
Fonte: FIORI (2010)
Métodos de Posicionamento
• Método Relativo: dois ou mais receptores rastreiam, 
simultaneamente, um grupo de satélites com pelo menos dois 
satélites em comum (satélites 3 e 4). Para tanto um desses 
receptores está locado em um ponto de coordenadas x, y e z 
conhecidas denominado de Estação Base.conhecidas denominado de Estação Base.
Alta precisão: até 1 ppm.
Fonte: FIORI (2010)
Métodos de Posicionamento
• Método Relativo: pós-processado:
– Alguns aparelhos GPS possibilitam o armazenamento das 
informações dos pontos coletados (principalmente as 
coordenadas x, y e z) - dos aparelhos GPS Rover e Base.
– Utilizando-se de programas específicos esses dados (Base e Rover) – Utilizando-se de programas específicos esses dados (Base e Rover) 
podem ser descarregados em computadores e realizada a 
correção dos dados do Rover pelos dados da Base.
– O GPS Rover com :
• Sinal L1: precisa coletar dados por aprox. 60 min; (Método 
Diferencial Estático)
• Sinal L1/L2: coleta dados por 5 – 10 min; (Método Diferencial 
Estático-rápido)
Métodos de Posicionamento
• Método Relativo: tempo real:
– Os dados de GPS Rover e Base são processados e 
corrigidos no exato momento da coleta.
– Informações necessárias para esse processamento são 
transmitidas em ondas de rádio da Base para o Rover
sendo que no momento da leitura do ponto as 
transmitidas em ondas de rádio da Base para o Rover
sendo que no momento da leitura do ponto as 
coordenadas x, y e z já estão corrigidas pela Base.
Fonte: FIORI (2010)
Métodos de Posicionamento
• Método Diferencial:
Semelhante ao Método Relativo mas:
– Geralmente o sinal de rádio é constante e pago;
– Transmissão a grandes distâncias;
Fonte:
www.blogblueocean.com/Referensi/dgps.html
Receptores
• Aparelhos de Navegação:
• aparelhos de uso civil, com antena interna, que identificam apenas a 
o código C/A;
• erros ao redor de 15 m.
Receptores
• Navegação com DGPS – GPS Diferencial:
• Semelhantes aos de navegação, diferindo-se por 
possuírem um link de rádio, utilizado para receber as 
correções diferenciais provenientes de uma estação base.
• erros ao redor de 1 m.
Receptores
• Cadastrais:
• Capacidade de aquisição e armazenamento de dados alfanuméricos 
associados às feições espaciais levantadas
(ponto, linha e área).
• erros ao redor de 0,5 m.
• Pós-processado.• Pós-processado.
Fonte: http://www.embratop.com.br
Receptores
• Topográficos:
• Semelhantes aos Cadastrais.
• erros ao redor de 0,01 m.
Receptores
• Geodésicos:
• São aparelhos de dupla freqüência, recebendo as freqüências L1 e L2.
• erros ao redor de 0,001 m.
Conceitos e sistema de coordenadas
• Sistema de coordenadas;
• Superfície de referência;
• Datun e elipsóide;• Datun e elipsóide;
AltimetriaAltimetria::
��Para o sistema GPS, as altitudes são relacionadas ao Elipsóide, ou seja Para o sistema GPS, as altitudes são relacionadas ao Elipsóide, ou seja 
Altitude Geométrica ou ainda Altitude ElipsoidalAltitude Geométrica ou ainda Altitude Elipsoidal
�� Para o SGB o referencial é o geóide (nível médio do mar, definido por Para o SGB o referencial é o geóide (nível médio do mar, definido por 
observações observações maregráficasmaregráficas tomadas na baía de tomadas na baía de ImbitubaImbituba, litoral do estado de , litoral do estado de 
Santa Catarina. As altitudes são portanto Santa Catarina. As altitudes são portanto OrtométricasOrtométricas também chamadas de também chamadas de 
Altitudes Altitudes GeoidaisGeoidais..
Funcionamento do sistema Funcionamento do sistema 
Elipsóide
Geóide
Distância Geoidal - N
Superfície
Topográfica Altitude Geométrica - h
Altitude Ortométrica - H
Elipsóide
Geóide
Coordenadas geograficas de latitudes
Coordenadas geográficas de longitudes
• Zona UTM 24
O Brasil dividido em 8 fusos
Quanto a qualidade do sinal
APLICAÇÕES
Monitoramento de animais
GPS navegação x Geodésico
Monitoramento do meio ambiente
Rastreamento de veiculos
Agricultura de Precisão
Métodos de Levantamento GPS em Geodésia e 
Topografia
Método Estático A
D
C
B
E
Coord. conhecidas
D
A
C
B
D
Métodos de Levantamento GPS em Métodos de Levantamento GPS em GeodésiaGeodésia e e 
TopografiaTopografia
Método Estático
MC5
4
1
3
2
5
MC5
4 5
M1
T1
T2
M2T3
Métodos de Levantamento GPS em Métodos de Levantamento GPS em GeodésiaGeodésia e e 
TopografiaTopografia
Método Cinemático Stop and Go
Outras aplicações
Muito obrigado
Pedro Rogerio Giongo
pedro.giongo@ueg.brpedro.giongo@ueg.br