Geographic Information Science 101

In this talk we explore core concepts of Geographic Information Science such as: geographic positioning system, topography, projections and many other subjects related to the geodesic system to build maps.

The second part we explore how the global navigation satellite system works – GPS being one of it – and some of the gotchas to understand measurement errors, precision and methods to improve it.

Transcript

1. Introdução em informações espaciais Posicionamento por satélites e cartografia 22 de Novembro de 2017 #GPS #GNSS #mapas #cartografia #sensoriamento_remoto
3. Posicionamento por referencial astrônomico Azimut Zenit
5. Características do método astrônomico • Exata noção do tempo; • Cartas celestes; • Afetado pela metereologia; • Método altamente impreciso; • Fornece a direção a partir da origem;
6. Erastótenes (276-194 a.C.) era bibliotecário-chefe de Alexandria. Encontrou, num velho papiro, indicações de que ao meio-dia de cada 21 de junho na cidade de Siena uma vareta fincada verticalmente no solo não produzia sombra. Ele percebeu que o mesmo fenômeno não ocorria no mesmo dia e horário em Alexandria. Terra plana ou redonda
7. Terra plana ou redonda Se o mundo é plano como uma mesa, então as sombras das varetas têm de ser iguais. Se isto não acontece éporque a Terra deve ser curva!
8. Dimensões da terra Realizou o primeiro cálculo do raio da Terra com valor de 39.556,96 estádias ≅ 6.210 km. Isso indica um erro, na determinação do raio, inferior a 2%.
9. Evolução da forma da terra O Geoide é um corpo com uma distribuição não homogênea de massa.
10. Evolução da forma da terra Gauss caracterizou a Superfície Geoidal como uma superfície equipotencial do campo de gravidade que coincide com o nível médio dos mares.
11. Sistema geodésico Newton considerou a forma da Terra como uma figura geométrica gerada pela rotação de uma elipse em torno do eixo menor, chamada elipsoide de revolução, consequência da da força centrífuga oriunda da rotação em torno do eixo dos Polos.
12. Datum geodésico horizontal materializado Denominação Raio (m) Achatamento Córrego Alegre 6.378.388 1/297 SAD-69 6.378.160 1/298,25 WGS-84 6.378.137 1/298,27 SIRGAS 2000 6.378.137 1/298,25722 Modelo geopotencial 6.378.136,59 1/298,25722
13. Projeção do plano topográfico O efeito da curvatura da Terra só pode ser desprezado em distâncias abaixo de 25 a 30km.
14. Sistema de projeção UTM A Projeção Universal de Mercator (UTM), é uma projeção cilíndrica que passa pelos pólos da Terra, seguindo tangente a um “meridiano central” e seu anti-meridiano. A precisão da projeção é melhorada quando se usa um cilindro secante.
16. Sistemas de projeção cilíndricos
17. O geoide é um sistema dinâmico
18. Sistema de coordenadas Latitude: ângulo que a vertical forma com sua projeção sobre o plano do equador Longitude: ângulo formado pelo plano do meridiano de Greenwich e pelo plano do meridiano local. IRM Latitude Longitude IRP
19. Sistemas de posicionamento por satélites
20. Sistema NAVSTAR / GPS • Operacional desde 1979 • 27 satélites (24 + 3 reservas); • 6 planos orbitais; • Órbita a 20.200 km; • Período de 12h siderais; • Até 5 horas acima do horizonte;
21. Outras Constelações • GLONASS (1982)– URSS • GALILEO (2008) – UE • BeiDou (2000) – China
22. Sinais transmitidos Ondas portadoras: ◦ L1 – 1575,42 MHz – Comprimento de onda 19,05 cm ◦ L2 – 1227,60 MHz – Comprimento de onda 24,45 cm ◦ L5 – 1176,45 MHz – Comprimento de onda 25,00 cm Informações: ◦ C/A – Clear access: Sinal de navegação ◦ P – Precision: Restrito a uso militar
23. Modulação de sinal digital em fase
24. Informações transmitidas Efemérides são os parâmetros transmitidos pelo GPS nas frequencias portadoras para a predição da órbita dos satélites a cada 30s: • Tempo GPS; • Parâmetros óbitais; • Saúde dos satélites • Ionosfera (apenas no P);
25. Quantos satélites são necessário para gerar uma posição?
27. Tempo GPS É um sistema de tempo atômico de alta precisão (10-9s/dia) onde o modo de contagem é realizado por duas variáveis: • Semana GPS: Data com ínicio às 0h UTC de 21 de agosto de 1999 • Contador Z: Inteiro que representa 1,5s e varia de 0 a 403199 O não sincronismo gera erro na medida da distância do receptor ao satélite.
28. Obtenção do tempo de viagem do sinal Obtenção do tempo de viagem do sinal: Um código C/A é gerado no interior do receptor e comparado com o código C/A do sinal recebido obtém se o atraso entre os sinais
29. Processo de triangulação
30. Diluição da precisão O PDOP pode ser interpretado como o inverso do volume formado pelos 4 satélites e a antena do receptor.
31. O impacto da ionosfera Todas as variações que acontecem na ionosfera dependem principalmente da atividade solar e do grau de ionização que as radiações solares provocam na ionosfera. Deste modo pode-se prever as condições de propagação dentro de certos limites.
32. Mapa da ionosféra
33. O impacto da troposfera A troposfera é a camada gasosa da atmosfera, que se estende da superfície terrestre até aproximadamente 40 km de altura. O atraso troposférico é relativamente pequeno e depende de: temperatura, umidade e pressão que variam com a altitude local e independem da freqüência do sinal.
34. Distorção por multicaminho
35. Método RTK e DGPS
36. Método AGPS
37. Obrigado!