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
   

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3. Posicionamento por referencial astrônomico
   Azimut
   Zenit
   

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5. Características do método astrônomico
   ● Exata noção do tempo;
   ● Cartas celestes;
   ● Afetado pela metereologia;
   ● Método altamente impreciso;
   ● Fornece a direção a partir da origem;
   

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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
   

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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!
   

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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%.
   

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9. Evolução da forma da terra
   O Geoide é um corpo com uma distribuição não homogênea de massa.
   

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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.
    

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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.
    

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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
    

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13. Projeção do plano topográfico
    O efeito da curvatura da Terra só pode ser desprezado em distâncias abaixo de 25 a 30km.
    

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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.
    

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16. Sistemas de projeção cilíndricos
    

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17. O geoide é um sistema dinâmico
    

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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
    

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19. Sistemas de posicionamento por satélites
    

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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;
    

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21. Outras Constelações
    ● GLONASS (1982)– URSS
    ● GALILEO (2008) – UE
    ● BeiDou (2000) – China
    

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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
    

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23. Modulação de sinal digital em fase
    

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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);
    

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25. Quantos satélites são necessário
    para gerar uma posição?
    

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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.
    

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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
    

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29. Processo de triangulação
    

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30. Diluição da precisão
    O PDOP pode ser interpretado como o inverso do volume formado
    pelos 4 satélites e a antena do receptor.
    

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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.
    

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32. Mapa da ionosféra
    

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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.
    

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34. Distorção por multicaminho
    

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35. Método RTK e DGPS
    

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36. Método AGPS
    

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37. Obrigado!
    

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