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FATEC-ZS 1
Mobile Computing -GPS (Global Positioning System)
em rastreamento de veículos
Prof. Edson Ceroni
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01 GPS
02 Rastreamento de veículos
03 Modelos / fornecedores de serviços
04 Pontos fracos / fortes e dificuldades
Índice
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HISTÓRIA
RÁDIO-NAVEGAÇÃO
1912 até II Grande Guerra - equipamento para rádio-navegação - uso de sinais de rádio para determinar a posição (sem muita precisão)
II Grande Guerra - desenvolvimento do RADAR – Radio Detection And Ranging -
capacidade de medir lapsos de tempo entre emissão/recepção de ondas de
rádio.
Décadas de 60 e 70 - utilização de satélites artificiais introduziu novos sistemas de navegação (TRANSIT, TIMATION, SYSTEM 621B, NTS) - resolveram alguns desses problemas
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FUNCIONAMENTO
RADAR
Determinação da posição - mede-se o lapso de tempo dos sinais provenientes de locais conhecidos.
Sinais de rádio são emitidos de transmissores exatamente ao mesmo tempo e com mesma velocidade de propagação.
O receptor localizado entre os transmissores detecta qual sinal chega primeiro e o tempo até a chegada do segundo sinal.
Se o operador conhece as exatas localizações dos transmissores, a velocidade das ondas de rádio e o lapso de tempo entre os dois sinais, ele pode calcular sua localização em uma dimensão
Se usarmos três transmissores, podemos obter uma posição bi-dimensional, em latitude e longitude.
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OBJETIVOS
Os principais objetivos do GPS são:
a. Auxíliar a rádio-navegação em três dimensões com elevada precisão nos cálculos de posição.
b. Permite navegação em tempo real;
c. Provê comunicação com alta imunidade a interferências;
d. Permitir comunicação cobertura global, 24 horas por dia;
e. Efetuar rápida obtenção das informações transmitidas pelos satélites.
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Atendimento Via Satélite
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FUNCIONAMENTO
Sistema declarado totalmente operacional em l995
Custo - 10 bilhões de dólares
24 satélites que orbitam a terra a 20.200 km duas vezes por dia e emitem
simultaneamente sinais de rádio codificados, sendo a sua pior precisão 15
metros; a melhor, 1 metro.
Utilização de relógios atômicos de altíssima precisão.
Militares americanos implantaram duas opções de precisão: para usuários
autorizados (eles mesmos) e usuários não-autorizados (civis). Os
receptores GPS de uso militar têm precisão de 1 metro e os de uso civil, de
15 a 100 metros.
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Espectro de onda
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GPS
Como outros sistemas de rádio-navegação, todos os satélites enviam seus
sinais de rádio exatamente ao mesmo tempo, permitindo ao receptor
avaliar o lapso entre emissão/recepção. A hora-padrão GPS é passada para
o receptor do usuário. É a referência de tempo mais estável e exata jamais
desenvolvida.
GPS emite sinais de rádio especialmente codificados os quais quando
processados pelo receptor GPS permitem o cálculo de sua posição,
velocidade e tempo.
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O receptor tem que reconhecer as localizações dos satélites. Uma lista de
posições, conhecida como almanaque, é transmitida de cada satélite para
os receptores. Controles em terra rastreiam os satélites e mantém seus
almanaques acurados.
O sistema é composto por três seguimentos: Segmento Espacial
(Satélites), Segmento de Controle (Departamento de Defesa, USA) e
Segmento do Usuário.
GPS
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Posicionamento
Troposfera
Ionosfera
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Segmento Espacial
O Segmento Espacial consiste de satélites GPS chamados de SV (Space
Vehicles) -constelação padrão - 24 satélites orbitando a terra..
Altitude – permite que a órbita do satélite repita
a mesma cobertura na terra a cada 24
horas (4 minutos mais cedo a cada dia)
A constelação permite ao usuário a visibilidade
de 5 a 8 SV em qualquer ponto da terra
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Segmento de Controle
Formado por estações de rastreamento de satélite localizadas em pontos
específicos do globo.
Controle central - Base de Schriever da Força Aérea Americana no
Colorado.
As estações de monitoramento medem o sinal
transmitido pelos SV e calculam o ephemeris
(informação precisa sobre a órbita do satélite)
e correções do relógio (clock) para cada SV.
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Segmento de Controle
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Segmento do Usuário
O segmento do usuário é formado pelos receptores GPS (móveis em geral)
e pela comunidade de usuários GPS que utiliza o sistema para localização,
navegação, topografia, etc.
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Sinal do satélite GPS
O SV transmite em duas frequências (microwave carrier phase): L1 e L2
Carrier Phase L1: Frequência: 1579,42 MHz contém:
Mensagem de navegação (ephemeris)
Código SPS (código C/A, Coarse/Aquisition)
Carrier Phase L2: Frequência: 1227,60 MHz
Utilizado para calcular o retardamento devido a
ionosfera pelos equipamentos dotados de capacidade para
PPS. Não sofre efeito da ionosfera.
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DADOS DO GPS
A mensagem de navegação do GPS consiste de dados na forma binária
transmitidos a um certo sequênciamento temporal que marca o tempo de
transmissão de cada sub-frame (grupamento de dados).
A frame consiste de 1500
bits divididos em cinco
subframes de 300 bits cada.
Um frame de dados é
transmitido em 30 segundos
(seis segundos por
subframe).
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ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS
RASTREAMENTO DOS SATÉLITES
Um receptor rastreia um satélite pela recepção de seu sinal.
• Quatro satélites são necessários para obtenção de uma posição fixa
tridimensional - desejável - mais de quatro satélites simultaneamente.
Devido ao deslocamento, o sinal de algum satélite pode ser bloqueado por
algum obstáculo, restando satélites suficientes para orientá-lo.
A maioria dos receptores rastreia de 8 a 12 satélites ao mesmo tempo.
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ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS
RASTREAMENTO DOS SATÉLITES
Um receptor não é melhor que outro por rastrear mais satélites. Rastrear
satélites significa conhecer suas posições. Não significa que o sinal
daquele satélite está sendo usado no cálculo da posição. Muitos receptores
calculam a posição com quatro satélites e usam os sinais do quinto para
verificar se o cálculo está correto.
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GEOMETRIA DOS SATÉLITES
‘ Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem
na mesma região do céu, sua geometria é pobre.
O receptor pode não ser capaz de se localizar, pois todas as medidas de
distância provém da mesma direção geral.
• Triangulação pobre e a área comum da intersecção das medidas é muito
grande (isto é, a área onde o receptor busca sua posição cobre um grande
espaço) - mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é boa.
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RASTREAMENTO DE VEÍCULOS
O surgimento de várias empresas que comercializam sistemas de
rastreamento de frotas utilizando satélite se deve a um simples fato: o
aumento ano após ano do número de ocorrências envolvendo roubos de
cargas.
Caminhões rastreados por satélite -> Necessidade diante de furtos
Antes o volume de cargas transportadas era pequeno, comparado aos níveis
atuais e os perigos que rondavam as estradas eram outros.
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RASTREAMENTO DE VEÍCULOS
O crescimento da indústria de roubo de cargas aumentou com o passar do
tempo e o crescimento do valor agregado transportado, o que elevou muito
o prejuízo dos transportadores e embarcadores - principal alavanca que
acelerou o crescimento da indústria de rastreamento de veículos de carga
por meio de satélite.
Uma das primeiras empresas a iniciar este tipo de serviço no País foi a
Autotrac, no início de 1994.
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EXEMPLOS
Controlsat - Grupo Schahin - possui produtos para o setor - Controlcel, um
sistema de gerenciamento de frotas e de veículos para cidades.
Combat Tecnologia em Segurança - dispõe de tecnologia de ponta,
produtos voltados para o mercado de rastreamento: HF Codan -
Rastreamento e Comunicação em Longas Distâncias e o Micro Transmissor
- sistema portátil para localização de cargas roubadas.
Ariasat Orbcomm - possui sistema que proporciona a transmissão de dados
bidirecional para o gerenciamento e segurança de frotas.
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EXEMPLOS
Permite a troca instantânea de mensagens entre os veículos e suas bases de
operação, possibilitando uma comunicação eficiente e sigilosa entre as
partes e a automação das atividades de campo.
Transmissão os dados sobre localização (informadoselo GPS), segurança e de comunicação para o satélite BrasilSAT, que os retransmite para a Central de gerenciamento da Autotrac, tornando-os disponíveis para o cliente com total sigilo. O caminho inverso da comunicação é possível pois o sistema é bidirecional.
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Canal exclusivo no satélite de comunicação BrasilSAT - através deste
canal ou transponder, as mensagens do sistema são transmitidas, o que
garante o diferencial em desempenho, velocidade e de sua extensa área de
cobertura.
A utilização deste transponder, agrega uma
série de vantagens para os usuários finais.
EXEMPLOS
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Modelos de receptores
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Pontos Fracos no modelo de negócio
Custo inicial de aquisição de HW/SW
Baixa participação de mercado
(market share)
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Principais provedores de serviços de Satélite Hughes
Telesphazio
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Alta Disponibili-
dade
Pontos fortes e vantagens competitivas
Cobertura
Global
Aumento de
demanda Tecnologia
estável Embarcado em novosveículos