SRGIO TEIXEIRA DA SILVA Anlise comparativa entre equipamentos eletrnicos (GPS) para levantamento de dados topogrficos MonografiaapresentadaaoCursode EspecializaoemGeoprocessamentoda UniversidadeFederaldeMinasGeraisparaa obtenodottulodeEspecialistaem Geoprocessamento Orientador: Marcos Antnio Timb Elmiro 2002 Silva, Srgio Teixeira Anlise comparativa entre equipamentos eletrnicos (GPS) para levantamento de dados topogrficos. Belo Horizonte, 2002. 40. p. Monografia (Especializao) Universidade Federal de Minas Gerais. Departamento de Cartografia. 1. GPS 2. topografia 3. preciso gps. Universidade Federal de Minas Gerais. Instituto de Geocincias. Departamento de Cartografia 2 AGRADECIMENTOS A Deus por conceder-me a capacidade de evoluir sempre. A minha esposa, pelos constantes incentivos e motivao. A minha filhinha Isabella por toda alegria e ternura que sempre nos proporciona. A minha me e irmos pela confiana nas minhas jornadas. Ao meu pai (in memoriam), por ensinar-me a buscar sempre. Aos colegas Procpio e Rogrio pela ajuda no desenvolvimento dos trabalhos. A colega Lcia Arcebispo pelo apoio e incentivo. A todos que de alguma forma contriburam para a realizao desta conquista. 3 RESUMO ComacrescentenecessidadedeselocalizarsobreasuperfciedaTerraea popularizaodossistemasdeposicionamentoviasatlites(GPS),muitaspessoastem feitousoinadequadodestesreceptores,levandoainmeroserrosdeposicionamentoe dimensionamento de reas e permetros. Estetrabalhovisacontribuir para um pouco de esclarecimento sobre a preciso dosreceptoresGPSdenavegao,quantoacoletadeatributosparaasfeieslinhas, polgonosepontos,naformadepermetro,poligonalfechadaeaferiode posicionamento sobre um marco. Nascondiesdostestes,paraasfeieslinhasepolgonos,osreceptoresde navegaomostraram-sepoucoeficientesseempregadosparatrabalhosemescalas maiores,masderesultadosaceitveisemescalasmenores,ondeonvelde generalizaoabsorvaoerrogerado,acima22.000m2paraumareatotalde 558.447,24m2(4,05%)paraomelhorresultadoobtido,echegandoafornecerum permetro de at 33 metros superior ao real que de 3.806,49 m (0,87 %).Oposicionamentoporpontoforneceuosmelhoresresultados,ondeoserros permaneceram abaixo dos limites indicados nos manuais, com respostas mais coerentes tecnologiadoreceptoredeslocamentosaceitveisparatrabalhosdesenvolvidosem escalas padres superiores a 1:5000. Na melhor condio de medio alcanou-se uma diferenadeapenas83centmetros(GPS12XLcomantenaexterna)eumvalor prximo a 4 metros na condio mais desfavorvel (GPS III plus), para os receptores de 12 canais, e de 13 metros para os receptores de 8 canais. Emtodasassituaesnoentanto,estetipodereceptordemonstrouserpouco adequado para elaborar levantamentos que requeiram maior preciso e acurcia. 4 SUMRIO AGRADECIMENTOS ............................................................................................... 3 RESUMO ..................................................................................................................... 4 SUMRIO ....................................................................................................................5 LISTAS DE FIGURAS..............................................................................................6 LISTAS DE TABELAS ..............................................................................................8 SIGLAS E TERMOS ..................................................................................................9 LISTA DE ANEXOS .................................................................................................11 1 Introduo .............................................................................................................12 1.1 Justificativa ......................................................................................................... 13 1.2 Objetivo ............................................................................................................... 14 1.2.1 Geral ..................................................................................................... 14 1.2.2 Especfico .............................................................................................. 14 2 Sistema GPS ........................................................................................................... 15 2.1 Histrico .............................................................................................................. 15 2.2 Composio do sistema GPS ............................................................................. 16 2.2.1 Segmento espacial ............................................................................... 16 2.2.2 Segmento de controle .......................................................................... 18 2.2.3 Segmento de Usurios ......................................................................... 19 2.3 Funcionamento do sistema GPS ....................................................................... 20 2.4 Funcionamento do receptor GPS ...................................................................... 22 2.5 Limitaes no emprego do GPS ........................................................................ 24 3 Reviso de literatura ............................................................................................29 4 Metodologia ........................................................................................................... 33 5 Desenvolvimento ................................................................................................... 38 5.1 rea de estudo ........................................................................................ 38 5.2 Obteno dos dados ............................................................................... 40 6 Resultados .............................................................................................................. 47 7 Concluses ............................................................................................................. 56 8 Referncias Bibliogrficas ................................................................................... 58 9 Anexos .................................................................................................................... 62 5 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Representao dos trs segmentos que compe o sistema NAVSTAR-GPS . 16Figura 2 Fotografia de um satlite GPS do bloco II em rbita terrestre17Figura3Esquemadasrbitasdaatualconstelaodesatlitesdosistema NAVSTAR-GPS. 18Figura4Representaodalocalizaodasestaesdecontroleterrestredo sistema NAVISTAR-GPS. 18Figura5Diagramaesquemticodosprincipaiscomponentesdeumreceptor GPS . 23Figura 6 Ilustrao dos equipamentos Estao Total Topcommodelo GTS 212, GPSTrimblePrXR,GPSGarmin12XLeantenaexterna,GPS Garmin 45 XL. 35Figura7IlustraodosequipamentosGPSGarminIIIplus;GPSGarminIIe GPS Garmin eTrex Summit. 37Figura 8 rea desobstruda prxima localizao do vrtice 24.38Figura9TrechodoAnelRodovirio,prximaaovrtice14,combarranco obstruindo parcialmente a face norte. 39Figura 10 Vrtice 10, localizado sob cobertura arbrea.39Figura 11 Obstrues prximas ao vrtice 2, localizado na Rua Prof Jos Vieira de Mendona. 40Figura 12 Marco IGC II, utilizado como base de referncia comparativa.40Figura 13 Poligonal determinada pela Estao Total, sem os vrtices 9, 10 e 11 sobre imagem area da rea de estudo. 41Figura 14 Receptores GPS eTrex Summit e GPS II estacionados sobre o marco IGC II 46Figura15Representaogrficadoclculodereasobtidasporreceptores GPS, tomando como base verdadeira a rea da estao total. 48Figura16Representaogrficadadiferenaentreareaobtidaporcada receptor e a rea calculada pela estao total, tomada como verdadeira.49Figura17Representaogrficadoclculodospermetrosobtidospelos receptoresGPSeestaototal,calculadopelosoftwareSpringverso 5163.6.03,tomandocomobaseverdadeiraapoligonallevantadapela estao total. Figura18Representaogrficadoclculodasdiferenasentrepermetros obtidospelosreceptoresGPSeestaototal,calculadopelosoftware Springverso3.6.03,tomandocomobaseverdadeiraapoligonal levantada pela estao total. 52Figura 19 Variao nos posicionamentos obtidos pelos receptores GPS, sobre o marco IGC II. 54Figura 20 Diferena (erro) de posicionamento entre as coordenadas obtidas e a posio do marco IGC II, em metros. 55Figura 21 Variao dos deslocamentos de posio entre os valores dos vrtices obtidos pelos receptores e o marco IGC II. 55 7 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Classificao dos erros GPS em funo da fonte geradora.24Tabela 2 Variao em metros na estimativa dos erros GPS.25Tabela3Relaodecoordenadasdos25vrticesdaspoligonaisobtidospela Estao Total e receptores GPS. 44Tabela4RelaodereasdapoligonalobtidascomsoftwareSpring,verso 3.6.03.AestaototalTopcommodeloGTS212foitomadacomo base verdadeira. 47Tabela5-Relaodospermetrosdapoligonalobtidoscomaestaototale receptores,calculadosnosoftwareSpring,verso3.6.03.Aestao total Topcom modelo GTS 212 foi tomada como base verdadeira. 50Tabela 6 Relao de coordenadas obtidas pelos receptores sobre o marco IGC-II,erespectivasdiferenasdeposicionamentoporeixoedeslocamento total. 53 8 SIGLAS E TERMOS Almanaque:InformaosobretodossatlitesGPS:elementosorbitais,correesdos relgios,parmetrosdeatrasoatmosfricoeestadodesadetransmitidoporcada satlite. O almanaque da constelao completa transmitido por cada satlite. Ambigidade:nmerointeiroinicial(desconhecido)deciclosnamediodafaseda portadora.Estevalordevesercalculado para cada satlite e assim poder deduzira distncia aos satlites Banda L: gama de freqncias eletromagnticas entre 390 e 1550 MHz. A transmisso GPS se localiza nesta banda, razo da denominao das portadoras L1 e L2 CdigoC/A:Cdigobruto/Aquisio.Cdigoderudospseudo-aleatrio(PRN) moduladoemL1deumsatliteGPS.Permitecalcularsemambigidadesas pseudo-distncias aos satlites. S repete a cada 1 ms, com freqncia de 1,023 MHz, resultando em um comprimento de onda de 300 metros. Este o cdigo do servio deposicionamentopadroSPSparausocivildeposicionamentoautnomoe DGPS. Cdigo P: cdigo preciso ou cdigo protegido para uso militar modulado em L1 e L2. uma seqncia binria diferente para cada satlite que repetida a cada 7 dias, com freqncia de 10,23 MHz, que resulta num comprimento de onda de 30 metros. o cdigodoserviodePosicionamentoPrecisoPSPparausomilitar.Quando encriptado (Anti Spoofing) gerado o cdigo Y. Cdigo Y: Forma encriptada do cdigo P quando ativado o processo Anti Spoofing. Isto garante o acesso somente a usurios autorizados como os militares. db:Smbolodedecibel.Unidadedeintervalodepotnciaassociadaamovimentos peridicos, tal que a razo entre as potncias extremas sejam igual a 1,259. DOP:fatordecontribuiopuramentegeomtricaincertezadeumaposioGPS.A DOP reflete a qualidade geomtrica instantnea de uma constelao. As DOPs mais empregadas so: GDOP geomtrica (trs coordenadas da posio mais o desvio do relgio na soluo, PDOP posio (trs coordenadas), HDOP (duas coordenadas horizontais), VDOP vertical (altura), TDOP tempo (desvio do relgio e RDOP relativa (normalizada a 60 segundos). 9E.G.: Erro Grfico. o limite da acuidade visual humana. aceitvel um E.G.=0,2 mm da escala da carta. GPS:SigladeGlobalPositioningSystem.Sistemadeposicionamentoglobalcom finalidadedenavegaoglobal.constitudopelossatlitesNAVSTAR,suas estaes terrestres e os receptores GPS. Mhz:abreviaturapadrodemegahertz.Representaafreqnciafdeumaondaem ciclos por segundo, em que f=c/, onde c a velocidade da luz e o comprimento de onda. Milhanutica:unidadelinearusadaemnavegaomartimaeareaqueequivalea 1.852,0 metros. P.E.C.:PadrodeExatidoCartogrfica.Indicadordedispersorelativoa90%de probabilidade que define a exatido de trabalhos cartogrficos. Pelo Decreto 89.817 de 20/07/1984 tem valor de 0,5 mm para as cartas classe A. Portadora:ondaderdioquetransmiteinformaespormodulao,emfreqncias, amplitude ou fase, de um valor de referncia conhecido PortadoraL1:portadoraprimriadabandaLutilizadapelossatlitesGPSpara transmitirdadosprprios.Suafreqncia1.575,42MHz.moduladapelos cdigos C/A , P e por uma mensagem de navegao. PRN:abreviaodePseudoRandonNoise-Rudopseudo-aleatrio.Seqnciade dgitosbinriosdeaparnciaaleatria,quepodemserreproduzidos.Cadasatlite GPS transmite um PRN singular e exclusivo tanto para o cdigo C/A quanto para o cdigo P. Os receptores GPS utilizam-se do PRN para identificar os satlites, fazer a sintonia e calcular as pseudo-distncias. SPS:abreviaturadeStandartPositioningServiceServiodeposicionamento padro. Nvel de preciso de posicionamento proporcionado pelo GPS aos usurios civis, baseado no cdigo C/A de freqncia simples.10 LISTA DE ANEXOS AnexoIRelatriodeplanejamentocomconstantesdedegradaodo posicionamento GPS em funo do tempo. 62Anexo II Carta comparativa entre poligonais, escala 1:10.000.64Anexo III Carta comparativa entre poligonais, escala 1:5.000.65Anexo IV Carta comparativa entre poligonais, escala 1:1.000.66Anexo V Carta comparativa entre poligonais, escala 1:500.67Anexo VI Relatrio da poligonal obtida com estao total Topcom GTS 212 e software topoGRAPH 98SE v. 2.68. 68 11 1 - INTRODUO Ohomem,desdeosprimeirostempos,temdemonstradoduascaractersticas quantoaolugarondehabitaaTerra:territorialistaenmade.Estascaractersticas sempreolevaramademarcarsuapropriedade,seuespaosobreaterra,bemcomoa empreender cruzadas para conquista de novos territrios passveis de explorao, quer seja pelo domnio de um povo, quer seja para implantar suas culturas e criaes.Assim,desdeohomemdascavernas,passandopelosgrandesexploradoresde novos mundos do sculo XV , XVI aos dias atuais, sempre houve a necessidade de ter referncias para que pudesse se localizar. Montanhas,rios,posiodasestrelas,etc.,foramosprimeirosmarcos orientadores destes andarilhos. Hojeatecnologiapermitequeacadainstanteohomemselocalizenoglobo terrestre,identificandoqualquerpontosobreasuperfcieetambmnaatmosfera, atravs de sinalizadores que se intercomunicam. Algunspasesdetentoresdealtatecnologiaeletrnicaeespacialvm desenvolvendo sistemas para localizao de objetos na superfcie terrestre. Estes objetos podemestarfixosouemmovimento(localizaoestticaoudinmica),sendoneste casoconhecidocomosistemadenavegao,umavezquepossibilitaacompanhar, prever e estabelecer rotas de deslocamento ou de navegao. Dentreosprincipaispasesquedesenvolvemseuprpriosistema,algunspara uso restrito em seu territrio e/ou parceiros de desenvolvimento, outros de uso aberto a todoglobo,podemoscitaraChina,aRssia,oJapocomseusofisticadosistemade visualizao em trs dimenses, os Estados Unidos e um consrcio de pases europeus. OsistemamaisempregadonoBrasilparausocivilemilitaroNavigation SatteliteWithTimeAndRangingGlobalPositioningSystem,cujoacrnimo NAVSTARGPS,ousimplesmenteGPScomomaisdivulgadoeconhecido.O sistema pode ser chamado e compreendido como um Sistema de Posicionamento Global e Navegao via Satlite Empregando Tempo e Distncia.

12 1.1 - JUSTIFICATIVA ComapopularizaodosistemaGPSereduodoscustosdosequipamentos, muitosprofissionaistmseutilizadodestatecnologiaparaidentificao,determinao de reas e desenvolvimento de projetos, tanto no meio urbano como no meio rural. Oempregoindiscriminadodestatecnologiasemasdevidasobservaesdecritrios tcnicos quanto aos limites de cada equipamento, tem levado a inmeros erros emprocessos,parecereseprojetos,muitasdasvezescomprometendooresultadofinal dos trabalhos desenvolvidos.Assimconsidera-serelevanteumcomparativodedesempenhoentrediferentes equipamentosdisponveisnomercado,deformaacompreenderqualolimitede precisoequalerroesperadoparacadacategoriadeequipamentoemsuasdiferentes formasdeutilizaocontribuindo,assim,paraumareduodoempregoinadequado destes equipamentos quando de sua utilizao como fonte de dados para alimentao de sistemas geogrficos de informaes SGI. 131.2 OBJETIVO 1.2.1 - Geral Compararodesempenhoentrediferentesequipamentoseletrnicosde levantamentostopogrficosdeprecisoeexpeditos(autnomosoudenavegao), baseadosnatecnologiaGPSecomintercomunicaocomsistemasinformatizadosde processamento de dados. 1.2.2 - Especfico -Indicaroslimitesdeerrosporclassedeequipamentoemfunodesua utilizao; - Verificarainflunciadofatorescalanaaceitaodosdadoscoletadose processados em um SGI; -Indicar o melhor emprego dos equipamentos em funo de suas limitaes. -Analisaravariaonaestimativadereaobtidacomosdiversos equipamentos testados. -Analisaravariaonadeterminaodecoordenadasentreosequipamentos testados, comparando com referncias precisas (marcos geodsicos). 142 SISTEMA GPS 2.1 Histrico O emprego de sinais de rdio para determinar posies de objetos apareceu por volta de 1912, quando se tem notcia dos primeiros sistemas de rdio-navegao empregados pelamarinhanorte-americana.Osistemanopossuaboaprecisomaseraumgrande avano, principalmente como auxiliar nos sistemas tradicionais de posicionamento pelos astros, j dominado desde os primrdios da navegao martima (Gorgulho 2001). Estesistemateveumagrandeutilizaoatasegundagrandeguerramundial, quando iniciou-se o uso de radar (Radio Detction and Ranging). Apsasegundaguerranoentanto,amarinhanorteamericanasepreocupouem desenvolver um sistema mais preciso e absoluto para localizar e posicionar seus navios. J na dcada de 1960, apoiados nos fenmenos de variao de freqncia do efeito dopplerobservadonossinaistransmitidospeloprimeirosatliteartificialaorbitara terraoSPUTNIK1,cientistasnorteamericanosiniciaramosestudospara desenvolvimentodeumsistemadelocalizaobaseadoemsatlitesartificiais denominadoNavyNavigationSatteliteSystemNNSS,maisconhecidocomo sistema Transit (Timb 2000; Monico 2000). Osistemaempregavaasfreqnciasde150a400MHztransmitidasporuma constelao composta por 6 satlites de rbitas polares baixas (1.100 km de altura), com um perodo orbital de 107 minutos, o que resultava em um longo tempo de espera para posicionamento,aindaassimcomprecisodevriascentenasdemetros(RelatoGPS 1997). Mesmo com estas limitaes, em 1967 j se podia fazer uso civil desta tecnologia. Para se realizar levantamentos mais precisos, eram necessrios longos perodos em ummesmoponto4a6dias,onerandomuitotaislevantamentos,vistoalogstica necessria era grande, especialmente em locais remotos. Aindanofinaldedcadade1960,aForaAreanorteamericanatambmj iniciavaseusestudosemumsistemaparaposicionamentodeaeronaves,o612B Project. Outrasinstituies,especialmenteuniversidades,tambmdesenvolviamestudos sobreformasdelocalizao,orientaoenavegaoempregandotcnicasderdio navegao e satlites artificiais. 15Assim,em1973,buscandoumesforoconjuntoentreasdiversasinstituies,o Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DODDepartment of Defense), tornou-se oprincipalresponsvelpelacoordenaodestenovosistema,quepossibilitasseo posicionamento contnuo em tempo real, fornecesse uma preciso de centmetros e que permitisseadeterminaoinstantneadevelocidadeetempo,suprindodestaformaa necessidadedoexrcito,damarinha e da aeronutica. Este sistema recebeu o nome de NAVSTAR GPS (Corra 2001). 2.2 Composio do sistema GPS ParaumamelhoradministraodosistemaGPS,realizou-seumadivisodeste sistema em 3 componentes bsicos,os quais so identificados por: -Segmento Espacial -Segmento de Controle -Segmento de Usurios A figura a seguir ilustra a interao entre estes 3 segmentos Segmento Espacial Segmento de Controle Segmento Usurios Estaes de MonitoramentoEstao Principal Adaptado de http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_97/journal/vol4- 2003 Figura1: Representao dos 3 segmentos que compem o sistema NAVSTAR-GPS 2.2.1 Segmento Espacial Em1978foramlanadosos4primeirossatlitesquecomporiamosistema, denominadosBlocoI,consideradosprottiposparatestedosistema.Naprimeira 16metadedadcadade1980foramlanadosos7satlitesrestantesdoprograma.Hoje, todosestodesativados.Emfevereirode1989foilanadooprimeirosatlitedo chamadoBlocoII(figura2),comseqnciasdelanamentosdeformaacomporuma constelaode24satlitesatdezembrode1993(figura3).Aofinaldesteperodoo sistemafoiconsideradooperacionalIOC-InitialOperationalCapability(Ferguson 1998) Figura 2 GPS Bloco II em rbita terrestre (www.dtic.mil/) Ocomponenteespacialoperaportantocom24satlitesativosmais4satlites reservas, conforme observado nos relatrios de planejamento do software Planner da Trimble Navigation (Anexo 1), e mencionado por Monicoquando descreve o status dos satlites em junho de 2000 (Monico 2000). J outros autores como a Garmin (2000) e Baio (1999) citam 21 satlites mais 3 reservas.Ferguson(1998)cita24satlitesmais2reservas.Excetopelodocumentoda Garmin,estadiscrepnciaentreautorespodeserexplicadapeladinmicadoprojeto GPS,umavezqueoprogramacontinuaemconstantemodernizaodosegmento espacial,comnovoslanamentos,oltimorealizadoemmaiode2000,posteriors publicaes citadas. Os 24 satlites ativos esto distribudos em 6 planos orbitais distintos ( da A at F),contendo4satlitesemcadaplano,aumaaltitudeaproximadade20.200kmda superfcie da terra (11.000 milhas nuticas). Tais planos esto distanciados entre si a 60 delongitudeeinclinados55emrelaoaoplanoequatorialterrestre.Operodode revoluoorbitalde12horassiderais,fazendocomquecadasatliteantecipesua posio em 4 minutos por dia, em relao ao dia anterior (Monico 2000, Ferguson 1997, The Aerospace Corporation 1997, Guerreiro 2002, Relato GPS 1997, Arajo 2001). Da forma como foi concebido o sistema, fica garantido uma visibilidade mnima de 4 satlites a qualquer hora do dia em qualquer ponto do globo terrestre. No havendo 17obstrues e considerando a rea de visode horizonte a horizonte, pode-se considerar em 6 o nmero bsico de satlites disponveis em 100% do tempo. Entretanto, o quesito mnimo de 4 satlites assegurado para que se possa obter 3 dimenses nos dados obtidos a qualquer tempo. Figura 3 Esquema da atual constelao de satlites (http://gps.faa.gov) 2.2.2 Segmento de Controle PodeserconsideradooalicercedosistemaNAVSTAR-GPS,sendocomposto porumaredede5estaesparamonitoramentodistribudasaolongodalinhado equador(Hawaii,Kwajalein,AscencionIsland,DiegoGarcia),eumaestaode controlecentralMCS:MasterControlStation,sediadaemColoradoSprings,no estadodeColoradonosEUA.(figura4)(Monico2000,Fergusom1998,Guerreiro 2002, Relato GPS 1997, Timb 2000). Figura4Representaodalocalizaodasestaesdecontroleterrestredosistema GPS 18Dentreestasestaes,trstemafunodetransmitirdadosaossatlites Ascencion Island, Diego Garcia e Kwajalein de forma a corrigir i sistema de tempo, determinarasrbitasdossatlites(efemrides),atualizandoasmensagensde navegao. Esteconjuntadeinformaessotransmitidospelossatlitesaosreceptoresdo segmento de usurios, compondo seu almanaque, permitindo assim a correta navegao. 2.2.3 Segmento de Usurios composto pelos receptores de sinais de satlites em suas vrias modalidades. Osusuriospodemserseparadosinicialmenteemdoisgrupos:deusomilitare de uso civil. Os militares tm alguns privilgios na utilizao do sistema, principalmente quantoaprecisoeexatidodoposicionamento,poismesmososreceptoresportteis tmpermissoderecebereprocessarcdigosquegarantemelevadaprecisoaos receptores.Almdosreceptoresportteis,autilizaomilitardosistemaGPSmuito extensa,incluindoposicionamentodetropas,deveculosblicos,aeronaves,programar manobras de treinamento ou de combate, alm de poder ser empregado em armamentos teleguiados como msseis, foguetes e aeronaves ditos inteligentes. Nousocivil,agamadeusuriosaindamaior,poisasaplicaesdesta tecnologiatmsemostradoilimitadas.Pode-seencontrarreceptoresportteisde diferentesgrausdeprecisoeacurcia,dependendodautilizaoaoqualdestinado: topografia,geodsia,controledeminas,monitoramentodeestabilidadesdegrandes obrascivis,aviaocomercial,marinhamercante,rastreamentodeveculosefrotas, controle de mquinas agrcolas, mapeamento ambientais, fonte de dados para sistema de informaes geogrficas SIG, ou simplesmente para recreao, como pesca esportiva, caminhada,camping,volivreoudeaeroclubes,ralisautomobilsticosentretantas outrasaplicaes.Estasdiferentesformasdeusoexigemdiferentesmodelosde receptores que variam em preciso e conseqentemente em preo. Almdoreceptor,ocomponenteusuriocompreendeaindatodosossistemas quepermitamrecebereconverterosinalGPSemposio,velocidadeetempo, empregandoparaissodiversostiposdeantenas,softwaresdecomunicaoPC/GPSe ps-processamento.MuitasdasvezeshumaintegraoentreosistemaGPSeoutros sistemas de comunicao, como sinais de rdio e de telefonia, sempre buscando elevar a preciso do posicionamento. 19 2.3 Funcionamento do sistema GPS OprincpiobsicodefuncionamentodoGPSaobtenodadistnciaentre2 pontos(receptoresatlite),sendoqueumdelestemsuaposioconhecida,sendo utilizadacomoreferncia.Adeterminaodeumobjeto(veculo,alvo,vrticeetc)na superfcieterrestresegueoprincpiodatriangulao,ondecomummnimode3 refernciasseobtmseuposicionamento,comosuascoordenadas.Umaquarta referncia adiciona a componente altitude, permitindo maior preciso na identificao e localizao do objeto. (Guerreiro 2002). Ossatlitesenviamsinaisderdio-freqnciabaseadoemumafreqncia fundamental(fo)de10,23MHz.Destaseobtm2novasfreqnciasoperacionais, multiplicando-seafopelasconstantes154e120,gerandoasondasportadorasna pertencentes a banda L, quais sejam: L1 e L2 respectivamente. Estas portadoras atuam com as seguintes caractersticas: PortadoraMultiplicador Freqncia operacional (Mz) Comprimento de onda () L11541575,42 19,04 cm L21201227,60 24,44 cm Estas duas ondas portadoras so moduladas em fases, gerando cdigos chamados dePRNPseudoRandonNoiserudofalsamentealeatrio,sendonicose empregadosparaidentificaodossatlites.(Timb2000;Monico2000;RelatoGPS 1997). Os cdigos que formam o PRN so basicamente os cdigos C/A e P. O cdigo C/A (Coarse Aquisition fcil aquisio), gerado por um algoritmo pseudo-aleatrio,empregandootempodadopelosrelgiosatmicosdossatlites. Possuiumafreqnciade1,023MHz(fo/10)comcomprimentodeondaporvoltade 300metros.oprincipalcomponentedoServiodePosicionamentoPadro(SPS Standart Positioning Service) disponibilizado para uso civil. estecdigoquetodosreceptoresdepequenoporte,chamadosdereceptores de navegao, utilizam para o posicionamento de modo autnomo. 20O cdigo P, sigla de Precise ou Protect preciso ou protegido, transmitido na mesmafreqnciadafreqnciafundamental:fo=10,23MHz,gerandoum comprimento de onda da ordem de 30 metros. (Monico 2000; Timb 2000; Relato GPS 1997; Gorgulho 2001; Aerospace 1997). Amaiorfreqnciaeomenorcomprimentodeondatornaestecdigomuito maisprecisoqueocdigoC/A,porissoelereservadoaousomilitareaosusurios autorizados. conhecido como Precision Positioning Service PPS. Sua gerao segue algoritmosmatemticoscomplexos,deformaquesuafreqnciabinriaserepetea cada266,4dias,arranjadosdeformaaproduzir37seqnciasdecdigosexclusivos, com durao de 7 dias, proporcionando a existncia de 37 PRNs que identificaro cada um dos satlites transmissores. Como segurana na sua utilizao, tratado com a tcnica conhecida como AS Anti-Spofing(antefraude),sendotambmcriptografado,transformando-seentono cdigo Y. UmaterceiramodulaorealizadasobreasondasportadorasL1eL2,dando origemsmensagensdenavegao,quesoseqnciasdedadostransmitidosauma razode5obps(bitsporsegundo)eduraode30segundos,formandoosquadrosde dados.Cadaquadroporsuavezsubdivididoem5sub-quadrosoupartesde6 segundos cada, contendo mensagens conforme quadro a seguir: Subquadro ou parte Mensagem 1-Coeficiente ou parmetros para correo do satlite transmissor; -Nmero da semana GPS; -Sade do satlite transmissor; -Idade dos dados; 2-Parmetrosorbitaisefemridesdifundidasoutransmitidas, descrevendoaposioprevistaecalculadaparacadasatlite, seus elementos orbitais kleperianos e suas correes. composto por 16 parmetros. 3-Mesma funo do sub-quadro ou parte 2 4-Informaes dos almanaques dos satlites 25 a 32; -Modelosdaionosfera,possibilitandoacorreodoretardo causado na transmisso das ondas. 21-ModelosparaconversodotempoGPSemhorauniversal coordenada (GPST- UTC); -Informaesdosistemaanti-fraude(ASAntiSpoofFlag)e configurao dos 32 satlites; -Sade dos satlites 25 a 32; -Reserva para mensagens especiais 5-Informaes dos almanaques dos satlites 1 a 24; -Condies de operacionalidade dos satlites 1 a 24; -Informaes para ajuste de tempo dos satlites. Os dados das partes ou sub-quadros 1 a 3 se repetem nos quadros seguintes at que os dados sejam renovados, o que ocorre a cada 4 horas. Aspartes4e5carregamdadosdiferentesemcadaquadro,permitindo identificarecalcularasposiesaproximadasdossatlites,informaofundamental paraoplanejamentodostrabalhoscomGPS,compondoabasededadosdeondeo receptor deve procurar o Satlite. Aps a sintonia, a posio verdadeira processada e o almanaque, assim como todos os demais dados transmitidos, so atualizados. 2.4 Funcionamento do receptor GPS Comovelozavanodatecnologia,especialmentedaeletrnica,acadadianovos receptoresGPSsolanadosnomercadocomnovasfunes,assimcomooutros equipamentosvmadotandoatecnologiaGPS.AssimtemosGPSintegradoaos sistemas eletrnicos de automveis, em telefones celulares, com rdio transmissores etc. No entanto, as funes bsicas e a configurao fsica mnima para o funcionamento de um receptor GPS pode ser resumida em um esquema como o apresentado na figura 5. Alm dos componentes fsicos, atualmente os receptores GPS devem apresentar um maior nmero de canais para recepo dos sinais dos satlites. O nmero e tipo de canaissoconsideradosprimordiaisparaofuncionamentodoreceptor,podendoser divididosbasicamenteemtrstipos:multicanais(canaisdedicadosouparalelos), seqenciais e multiplexados.Os multicanais rastreiam continuamente os satlites visveis, necessitando de no mnimoquatrocanaisativosparaseobterumaposioem3dimenseserealizara 22correodorelgioemtemporeal.Osreceptoresmaisnovospossuemat12canais para cada freqncia.Nosreceptoresseqenciais,ocanalalternaentresatlitesemintervalos regulares.Sodebaixocusto,mas,devidoabaixavelocidadedeoperaoficam restritosaplicaesestticasouquandomuito,debaixavelocidadeseoperandoem modo cinemtico. Atcnicamultiplexutiliza-sedevelocidadesmuitoaltasparacapturae processamentodasseqnciasdeondasrecebidas,permitindoqueelassejamobtidas simultaneamente. Os receptores de canais multiplex necessitam de aproximadamente 30 segundos para obter a primeira posio, tal como os receptores multicanais, porm tm a vantagem de no considerar os efeitos sistemticos existentes entre os canais. Figura 5 Diagrama esquemtico dos principais componentes de um receptor GPS. 23 2.5 Limitaes no emprego do GPS OempregodosreceptoresGPSestsujeitoaumasriedeinterfernciase desvios,podendoseraleatriosousistemticos,alterandoasuaprecisoeacurcia. Algumas destas interferncias podem ser propositais e outras so de ocorrncia natural. Estudosdasdiversasformasdeinterfernciasouerrosocorridos,levouaum agrupamentodesteserrosemfunodesuafonte(MONICO2000),comopode-se observar na tabela 1 a seguir: Fonte de erroErros 1 - Satlite- Erro de rbita - Erro do relgio - Atraso entre as portadoras 2 - Propagao do sinal- Refrao troposfrica - Refrao ionosfrica - Perda de ciclos - Multicaminhamento ou sinais refletidos 3 - Receptor e antena- Erro do relgio - Erro entre canais - Centro de fase da antena 4 - Estao- Erro nas coordenadas - Multicaminhamento - Mars terrestres - Movimento dos plos - Presso atmosfrica 5 - Operador- Ajuste e configurao do equipamento - Estacionamento do equipamento - Planejamento das misses - Processamento e anlise dos dados coletados Tabela 1 Classificao dos erros GPS em funo de sua fonte. Cadaumadestasfonteseseusefeitoscontribuemdeformadiferenciadana totalizao do erro de posicionamento. As 4 primeiras fontes so passveis de correo automticaousemi-automtica,umavezquepodemsermensuradasesistematizadas, realizandoacorreonoprprioreceptorouposteriormente,atravsdeprogramas 24computacionaisespecialmentedesenvolvidosparaestafinalidade,tcnicaque conhecidacomops-processamentoouatravsdacorreodiferencial,quandoso empregados dois receptores, sendo um considerado base ou de referncia. EstasfontespodemterseuserroscombinadosgerandooUERE(User Equivalent Range Error), atuando sobre o clculo das pseudodistncias. Vrios autores tmdemonstradovaloresmdiosestimadosparaestasfontesdeerros,podendoser resumida conforme exposto na Tabela 2: Fonte de erroIntervalo do erro tpico (m) Propagao do sinal (ionosfera, troposfera) 4,0 a 8,0 Relgio e efemrides2,0 a 3,8 Receptor0,5 a 1,5 Multicaminhamento1,0 a 1,5 Tabela 2 Variao na estimativa de erros GPS. O operador poder causar um efeito multiplicador sobre estes erros caso realize umaconfiguraoinadequadaaoreceptorouestejadesatentoquantoastcnicasde coleta e armazenamento dos dados recebidos. Noperodocompreendidoentremarode1990emaiode2000haviauma grandefonteeerrointencionalconhecidaporSA(SelectiveAvailability disponibilidadeseletiva),queatuavasobreocdigoC/A,reduzindopropositalmentea qualidade dos dados de posicionamento para os usurios no autorizados, fazendo com queaacurciahorizontaleverticalobtidanoSPSfossedegradada,gerandoumerro finaldaordemde100e156metrosrespectivamente,cujosvaloreseramaleatriose variveis a cada segundo. Aps a retirada da SA, em maio de 2000, o DoD implementou um novo tipo de controledaacurciaparaosreceptoresdeusocivil,conhecidocomoSDSelective Danial(proibioseletiva),ondeumabaseterrestreregionalrealizaalteraesnos sinais transmitidos pelos satlites, sempre que julgarem existir uma ameaa segurana norte americana. Aquintafontedeerro,ouseja,ooperadordoequipamento,amais imprevisveldasfontespoisatuadeformaaleatriapodendolevaraperdatotaldos dados obtidos. Uma necessidade premente para o bom funcionamento do GPS que o receptor esatlitetenhamintervisibilidade,ouseja,quenoexistaobstculosentreambos,ou queestessejammnimos.Ossinais de radiofreqncia transmitidos pelos satlites tm 25capacidade de ultrapassar nuvens, fuligem, poeira e outros materiais menos densos, cuja porosidadepermitaapenetraodaonda.Noentanto,obstculosdealtadensidade comodossisdeflorestas,prdios,montanhas,telhados,tornam-seobstculos intransponveisaossinais,impedindosuarecepoeconseqentementetornando impossvel o posicionamento. Ossinaisderdiotransmitidospelossatlitestmqueatravessartodasas camadasdaatmosferaterrestreatalcanaroreceptorGPS.Nestatrajetria,ossinais sofremdiversasinflunciasquetrazemalteraesemsuascaractersticaspoisa atmosferaterrestretemumcomportamentodinmico,quevariaaolongododia.A troposfera causa variaes que variam de acordo com a densidade da massa gasosa que estiver concentrada nesta camada, acentuando-se em sinais provenientes de ngulos de elevaomaisbaixos.Seusefeitosjsobemconhecidos,havendodiversosmodelos matemticos que procuram corrigir sua interferncia sobre as ondas eletromagnticas. A refrao ionosfrica depende do nmero de eltrons presentes ao longo da trajetria da onda,sendoqueestevariaconformeasatividadessolares,estaodoano,posiodo operador,podendolevaraperdadesinalpeloreceptordevidoaogrande enfraquecimento do sinal. Esta atividade tambm mensurvel e previsvel, j existindo alguns modelos matemticos que buscam equacionar seus efeitos no intuito de elimina-los. QuandosetrabalhacomoreceptorGPSemlocaisabertos,cujosngulosde horizonte a horizonte so de grandes propores, dificilmente ocorre a perda de ciclos. Esta falha ocorre quando algum obstculo impede que os sinais de um ou mais satlites cheguemantenadoreceptorquandoesteestrastreandoosciclosinteirosdeondas, ocasionandoaperdadacontagemdestenmeropeloreceptor,necessitandoentode reinicia-la. Neste intervalo, o processamento interrompido pela perda de sinal ou ciclo, no realizando o posicionamento. Umefeitocomumegeradordeerrosnoposicionamentoochamado multicaminhamento.Esteefeitoprovocadopelareflexodasondasemalgum obstculofsicotalcomoparedesdeprdios,paredesdepedra,espelhodgua,entre outros, fazendo que o receptor capte os sinais refletidos nestas superfcies e os processe juntamente com os sinais recebidos dos satlites, provocando ento uma duplicidade de informaes que resultam no aumento do erro em cerca de 1 metro (GARMIN 2000). Os erros relacionados ao receptor e sua antena so conseqncia de seu projeto e finalidade. Os receptores so equipados com relgios de quartzo, de custa baixo mas de 26boaestabilidade,emboramuitoinferiordosrelgiosatmicosqueequipamos satlites.Assimaumapequenadiferenaentreaescaladetempogeradaspelos diferentesosciladorespoderexistir,sendoprevisvelecorrigida,contribuindopouco paraoerrofinalcalculado.Atualmente,osreceptoressocompostosdemulticanais. Esta arquitetura pode vir a gerar pequenos erros visto que cada satlite ser preocessado porumcanaldiferente.Acadainiciodelevantamento,duranteainicializaodo equipamento, so efetuados testes internos nos receptores para que esta defasagem seja aferida,pormpodemocorrererrosresiduaisqueseroprocessadosaolongodetoda seodetomadadedados.Oprocessamentoposterior,quandopresente,eliminaestes erros.Ocentrodefasedaantenaopontoondeossinaissoreferenciados, normalmente no coincidente com o centro de massa ou o geomtrico da antena, pois eletrnico,sofrendovariaescomaintensidadeedireodossinaisrecebidos. diferenteparacadacomprimentodeonda,devendosertestadoecalibradoaindano projeto da antena, para que seja minimizado aps sua construo e operao. J existem normas para sistematizar e corrigir esta fonte de erro. Oserrosgeradospelasestaessodecorrentesdesuaalocao.Considerando queumaestaotemsuascoordenadascalculadas,estaspodemcontererrosqueso continuamentecorrigidos,buscandoalcanaroposicionamentoperfeito,umavezque estas estaes so utilizadas para monitorar e corrigir o posicionamento, rbita etc, dos satlites.Estacorreocontnuasofreinterfernciadasmarsquevariam constantementeemvirtudedasatraesgravitacionaisdatrrea,dosolde principalmente da lua, levando tambm a um monitoramento contnuo de suas variaes atravs dos margrafos, para os necessrios ajustes nos data verticais. Osmaioreserrosobtidosemposicionamentoselevantamentosemgeral,so causados pelos operadores. Durante a calibrao dos equipamentos comum verificar a desatenoquantoaoDatumutilizadonoreceptoreabasecartogrficaempregadano levantamento,semconsiderarqueoriginalmenteosreceptoresGPStrabalhamcomo Datum WGS 84, ao passo que o Datum oficial do Brasil o SAD 69 e a grande maioria das cartas topogrficas oficiais do pas esto referenciadas pelo Datum Crrego Alegre.Oajustedofusohorriooutrapossvelfontedeerro,casoooperadornorealizea corretaconfiguraodoreceptor.NoBrasiltemos3fusoshorrios,emboraahora oficial civil seja baseada em 03:00 horas, fuso onde se encontra a capital federal. Nos equipamentosdemaiorpreciso,quepermitemmaioresajusteseinterfernciasdo operador em sua programao, uma srie de cuidados devero ser observados ao serem 27estacionados, tais como altura da antena e seu centro de fase, verticalidade, obstculos, mascara de elevao do horizonte, relao sinal rudo entre outros para que se minimize apossibilidadedecoletardadoscomerrosprovenientesdemulticaminhamento,perda de ciclo e de sinal, nmero mnimo de satlites visveis e em processamento e geometria da constelao de satlites no momento da coleta de dados e posicionamento. Para isso o planejamento das misses GPS fundamental. neste instante que pode-se obter uma expectativacomaltograudeconfiabilidadedocomportamentodaconstelaode satlitesduranteacampanhadecampo,atravsdoplanejamentocomprogramas computacionaisajustadosregiodetrabalhoeumalmanaqueatualizadoda constelao, prevendo com at 30 dias de antecedncia o nmero de satlites visveis e suageometriaaolongododia,evitandooprocessamentonosmomentosemquea degradao do sinal esteja elevada. 28 3 REVISO DE LITERATURA ComacrescentepopularizaodoGPS,especialmentedosreceptoresdebaixo custo,ousejaosreceptorespessoaisdenavegao,algunstrabalhostemsido desenvolvidosbuscandotestarsuacapacidadeparaexecutarlevantamentosque envolvamtraadodetrilhas,demarcaodereasepermetros,localizaodepontos isolados,muitasdasvezesquerendosubstituiroslevantamentostopogrficos tradicionais. BAIOF.H.R.etal(1998)realizoutestesdeexatidoemumreceptorgpssob duastaxasdeaquisiodedadosparadelimitaodereasobcoberturaflorestal. Comparandoseuresultadocomareaobtidaemlevantamentoconvencional,obteve resultadosqueindicarama menor taxa de aquisio (1 s) como apresentando a melhor resposta,vistoqueobtmummaiornmerosdepontosdefinindomelhorapoligonal, embora esta poligonal gerada se posicionar deslocada. Assim considera que rea no umbomparmetroparaavaliarreceptorespoisaproxima-semuitodareaverdadeira mas apresenta erro de posicionamento. Em um outro trabalho tambm para avaliao de rea, BAIO F.H.R. (1999), cita quenumcomparativoentreolevantamentoconvencionaleorealizadopeloGPS encontrou-se um erro de 0,5% entre reas sem correo diferencial ( 330,00 acres contra 328,36acresdatopografia),0,06%ou0,2acresdediferenaquandoseaplicoua tcnicadecorreodiferencial,confirmandoaboaprecisonadeterminaoderea quando se emprega receptores GPS com capacidade de correo diferencial. ARANA,J.M.etalrealizouanlisedainflunciadotempoderastreio, comprimentodabaseePDOPparasoluodeambigidadeGPS.Foielaboradoo procedimentopadrodeumacampanha,identificandoospontosaseremrastreados,planejandodamisso,osprocedimentosdecoletaeprocessamentodosdados.Com base neste planejamento observaram que h uma grande dificuldade de se relacionar tais fatores para o sucesso da soluo da ambigidade, sendo que o RDOP mostrou ser mais indicado para resolver a ambigidade, porm este parmetro no consta nos programas de planejamento disponveis no mercado. SANTOS,A.A.etal(2002)avaliandoreceptoresdenavegaoparafinsde cadastro, indica a necessidade de manter tais equipamentos conectados a computadores portteis, empregando softwares de captura, processamento e armazenamento de dados 29paraseconseguiroresultadodesejado.Istodecorredevidoaofatodequealguns equipamentosdenavegaoemboratenhamacapacidadedecaptarosdadosbrutos transmitidospelossatlites,nosocapazesdearmazena-los,sendoportanto imprescindvelousodoscomputadores.Umavezassimprocedido,osresultados obtidos indicam uma preciso semelhante aos equipamentos de monofreqncia. Distribuir insumos nos locais corretos e nas quantidades requeridas. Esta foi a finalidadedotestedeacurciacinemticadeumDGPSutilizadonaagriculturade precisodesenvolvidoporBALESTREIRE,L.A.etal(2000),numareadoCampus LuizdeQueirozdaUSP,sobcondiesdeummnimode7satlitesdisponveise PDOP menor que 5. O autor obteve uma distribuio normal dos erros, com acurcia de acordocomasexpectativas,comoGPSmostrando-seumequipamentoeficazecom acurciasuficienteparaagrandemaioriadostrabalhosrealizadosnaagriculturade preciso. CHAMBERLAIN,K.eMANCEBOS.realizaramanlisede4receptoresGPS denavegaosobcoberturaarbreaemregonparaoServioFlorestalAmericano, visandoidentificarsuaacurciaparaopadrocartogrficoamericano1:24000quando em levantamentos para fins florestais. Os receptores foram testado no Bosque Nacional de Mt. Hood, criado para testar equipamentos GPS de cdigos civis (C/A) e militar (P) sobcoberturaarbreadensa.Osresultadosindicaramumaprecisoaceitvelem cartografia para dados obtidos a cu aberto e no aceitvel como receptores topogrficos sobcoberturaflorestal.Comummaiornmerodeobservaesporpontomelhora-se muito a preciso mas ainda assim com resultados no aceitveis sob cobertura vegetal. OsautoresconsideramquedevidoaoajustedePDOPeSNRdeformaapermitir captura de sinal sob qualquer condio elevam em demasia o erro final dos receptores, permitindoquesejamempregadosapenasemescalassuperioresa1:24000paraos padres norte-americanos. NGULOFILHO,R.eBAIO,F.H.R.avaliaramaexatidodedoisreceptores GPS (topogrfico e geodsico), sob condies desfavorveis de PDOP, acima do limite aceitvel(PDOP>5).OsreceptoresatuaramprocessandocdigosL1eC/A armazenando arquivos em diferentes tempos de aquisio e sob duas condies: livre de obstculosecomobstculosqueinterferiamparcialmentenasrecepes.Osseus resultados mostraram que um tempo maior de coleta pode trazer o nvel de erro para um limite aceitvel, mas o receptor topogrfico quando operado com cdigo C/A apresenta errosacimadoslimitesaceitveis,nosemostrandoeficaznosclculosde 30posicionamentoparaoslimitesestabelecidosdeerrosnestemododeoperaoepara estetipodeequipamento,havendonecessidadedeseplanejarbemasmisses, procurandomanteroslimitesdePDOPabaixodocrticoduranteacoletade posicionamento. KARSKY,D.etal(2000),compararam4receptoresGPS,sendodoisde navegao,umtopogrficomonofreqnciaeumdecdigoC/Amasqueaceitaps-processamento,sobcoberturaarbreaparaoServioFlorestalNorte-americano,em dois bosques distintos, coletando dados em trs parcelas de tamanho e forma diferentes. Osresultadosmostraramumamelhorianoposicionamentoquandoempregadoantena externa nos receptores que tinham tal capacidade. A navegao com correo em tempo real pode no melhorar significativamente o erro, uma vez que dependendo da distncia dabase,ossinaispodemserbloqueadosenosocorrigidoslevandoauma interpretao errnea dos resultados obtidos. O ps-processamento quando disponvel, mais interessante e seguro. Para um melhor resultado, deve-se observar sempre uma boa qualidadedaconstelaodesatlites(nmero,geometria,intensidadedesinal).Os receptores de navegao apresentam bons resultados sob cu aberto, cobertura florestal poucodensaePDOPbaixa,chegandoaseequipararcomoreceptortopogrficosem correo ps-processada. A medida que a cobertura florestal se adensa, o erro aumenta, especialmentenosreceptoresmaissofisticadoscujasmscarasrestringemacapturade sinais fracos ou ruidosos. CORRAD.C.etalenfatizamaimportnciadoGPScomocoletoresdedados paraalimentaodeumSIG,sendoqueconsideramqueaescolhadomodelode receptor depender da aplicao a que se destina o banco de dados a ser formado, uma vezquenemtodososreceptoresGPStmacapacidadedeatenderplenamenteaum SIG e um modelo de receptor no satisfar todo e qualquer projeto de SIG. BAIO,F.H.R.etal(1998),avaliouaexatidodedoisreceptoresGPSde navegaoparadeterminaodemedidasestacionrias,tomandocomobasedois marcos localizados no Campus Luiz de Queiroz da USP. Os trabalhos foram planejados pelosoftwareMissionPlanningdaSHTECH,procurandoexecutarascoletascom PDOPmenoresque5.Seusresultadosindicaramanecessidadedecoletarummaior nmero de coordenadas por ponto para fornecer uma mdia mais prxima do valor real. A amplitude do erro foi independente dos valores de DOP, desde que esteja abaixo de 5, com grande amplitude de valores, fato que caracterstico desta classe de equipamento. Osautoresnorecomendamoempregodosreceptoresdenavegaopara 31levantamentostopogrficosouparafinsdegeorreferenciamento,umavezqueestes aparelhos fornecem sempre um valor aproximado das coordenadas. Como observao s concluses deste trabalho julgamos necessrio lembrar que a avaliao foi realizada num perodo em que a SA disponibilidade seletiva, estava em atividade. Emumtrabalhodetestedeacuracidadedereceptoresdenavegaopara aplicaoemtrabalhostopogrficossobefeitodaSA,BAIO,F.H.R.etal(1998) encontraramerrosdaordemde1/65e1/148,ultrapassandoatolerncialinear comumenteaceitaparalevantamentostopogrficospoucoaprimorados,quede 1/2000. Mesmo na questo do erro angular, este se apresentou acima de 1, muito acima dosteodolitosmecnicosjemdesuso.PortantopocadainflunciadaSAos equipamentos de navegao eram inadequados para levantamentos topogrficos. SILVA,D.C.etal(2002)realizaramumtrabalhocomGPStopogrfico operandocomcdigoC/AeportadoraL1nomtodoesttico-rpido,comdadosps processados, em levantamentos de projetos rodovirios. Os resultados mostraram que o empregodoGPSauxiliasensivelmentealgumasfazesdosprocedimentosoperacionais empregadosnoslevantamentosdecampoparaosprojetosrodovirios,com significativos ganhos de produtividade e preciso, quando executados os levantamentos dediretrizes,poligonaisdelocaoeperfis.Assim,consideramqueatecnologiaGPS pode substituir inteiramente os procedimentos convencionais em algumas fazes como a implantaodepoligonaldecontrole,controledeservioscontratados,suprir deficinciadebasescartogrficas,especialmentenosprojetosdemelhoriase restauraes. 32 4 METODOLOGIA Ostrabalhosdestecomparativoforamdesenvolvidosapartirdeespecificaes tcnicasfornecidaspelosfabricantesdeequipamentoseletrnicosdemedioede normas para coleta de dados de campo. Serorealizadoslevantamentossistemticosemumareapr-selecionada,de formaafazeromesmolevantamentoempregandoosaparelhos:EstaototalTopcon srie210modeloGTS212,GPSTrimblePrXR,GPSdenavegaoautnomos, modelosGarmin12XL,GarminII,GarminIIIplus,Garmin45XLeGarmineTrex Summit. Sero empregados os softwares para processamento de dados: Pathfinder Office 2.51,SistemaTopoGRAPH,sistemasinternosdosaparelhoseosoftwareGPS TrackMaker Professional verso 3.5. AscampanhasdecamposeroplanejadascomosoftwarePlannerdaTrimble, emitindo relatrios de valores de DOP e grficos de PDOP e n de satlites disponveis (Anexo I). Paraanliseeelaboraoderesultadosdeveroserempregadosossoftwares Spring em sua verso 3.6.03 para windows e a planilha eletrnica Excel. Osaparelhosserosubmetidosadiferentesformasdeajustes,taiscomo recepodesinaisdaportadoraeC/A,apenasC/A,empregodeantenaexternae interna,coletadedadosparadelimitaodereaedemarcaodepontosfixos, tomando como base de referncia um marco de coordenadas conhecidas no Campus da UFMG Os dados devero ser processados internamente nos aparelhos que permitirem tal operao ou ps processados para correo diferencial atravs de softwares especficos.Todos os dados alimentaro um banco de dados gerados no SPRING, ajustados e calculadasasreas,realizandoentoumaanlisedavariaoencontrada,assimcomo dadispersodepontosemtornodeummarcocujascoordenadassejamconhecidase verdadeiras. Abaseparacoletadedadosdestinadaaostestesserademarcaodeuma poligonal fechada que permita estabelecer sua rea e permetro com preciso, tomando como verdadeira a rea e permetro estabelecidos pela Estao total Topcom, visto que oaparelhocujametodologiamaisseaproximadoslevantamentostradicionais,com 33critriosbemdefinidoseaceitosportodosrgosregulamentadoresdeservios topogrficos e normas estabelecidas para tal. Ummarcofixodecoordenadasconhecidasserempregadoparacomparao apenas entre os receptores GPS. Todososaparelhosdeveromensurarosmesmosvrticesdapoligonale permaneceremestacionadossobreomesmomarco,paraquesepossaobterosdados necessriosanlisecomparativa.Paraissoseroempregados7equipamentos,cujas caractersticas principais e relevantes para este trabalho so: EstaototaleletrnicaTopcom,srie210,modeloGTS212(Figura6a) possuiobjetiva de 40 mm, aumento de 26x, campo de viso de 1o 30 com resoluo de 3.Temumalcancedemediode1.000metrosempregando-seumprismaem condies de boa visibilidade. Sua preciso de 3 mm + 5 ppm. Tem capacidade para armazenar4.800coordenadasnomododecoletadedados,comtempodemedio abaixode0,3segundos.PossuiinterfacecomcomputadoresviaportaserialRS232, gerandoarquivoscompatveiscomosistematopoGRAPHeplanilhaeletrnica Excel. GPS Trimble Pr XR (Figura 6b) um receptor que atua com o cdigo C/A e portadora L1, rastreando 12 satlites simultneos e em paralelo, com processamento da portadora.Podetrabalharcomreceptorderdiofarolparanavegaoemtemporeale correo ps processada. Possui uma velocidade de atualizao de 1 Hz. Sua preciso melhor que 1 metro quando operando com o rdio farol. Quando em processamento da portadora, possui preciso de 30 cm + 5 ppm para 5 minutos de rastreio, 20 cm + 5ppm par 10 minutos de rastreio e 1 cm + 5 ppm para 45 minutos de rastreio. A capacidade de armazenamento depende do coletor de dados empregado e suas caractersticas. No caso deste trabalho o coletor possui memria de 2 Mb. GPSGarmin12XL(Figura6c)trata-sedeumreceptordepequenotamanho, leveefcildeoperar.Estequipadocomfirmwareverso4.58,possuindo12canais paralelos, operando de sob cdigo C/A em modo contnuo e taxas de atualizao fixada em1segundo.Segundoofabricante(Garmin,1998),suaprecisodeposioestna faixade 15 metros utilizando-se a antena interna, podendoalcanarprecisesabaixo de10metrosempregando-seantenaexternaativaede1a5metrosquandoem conjuntocomumreceptordesinaisderdiofarol,comoomodeloGBR21.Este posicionamentopoderseraindamelhoradoseutilizadaafunomdia(average), disponvelaoacionarateclamarkduranteacoletadepontos.Oempregodaantena 34externa ativa proporciona um ganho aproximado de 25 db, no caso das antenas modelos GA26ouSM76,possibilitandoumasensvelmelhorianaaquisiodesinaise conseqentementemelhorianoposicionamento.Suacapacidadedearmazenamento de500pontosindividuais(waypoint),e1024pontosemformadetrilhas(tarcklog). Outrafunoimportantedestereceptoracapacidadedesecalcularreadeum polgono formado pelos pontos obtidos na gravao de uma trilha (tracklog). GPSGarmin45XL(Figura6d)firmware 2.43 o receptor mais antigo dos modelostestados,mastambmaindamuitoutilizado,principalmenteporrgos pblicos. Possui 8 canais de recepo em paralelo, rastreio contnuo e taxa de aquisio de1segundo.Temcapacidadedearmazenar250pontosindividuais(waypoint), distribuidosem20rotasreversveis,almde768pontosouvrticesdeumatrilha (tracklog).Possuiantenadestacvel,aceitandoconexocomumaantenapassiva,no apresentando portando nenhum ganho de sinal, apenas reduz a possibilidade de perda do sinalporcoberturadoreceptordamesmaformaqueoGPSIIanteriormente mencionado. abcd Figura6-IlustraodosequipamentosEstaoTotalTopcomGTS212(a),GPS Trimble PrXR (b), GPS Garmin 12 XL e antena externa (c), GPS Garmin 45 XL (d). GPSGarminIIIpluscomfirmwareverso2.05(Figura7a).Estereceptor tambmpossuiatecnologiaPhasetrack12,comcapacidadederastreamentode12 satlitessimultneaecontinuamente,comtaxadeatualizaode1segundo.Paraa funo de gravao de trilhas (tracklog), possvel configurar a forma de aquisio dos pontos,podendoserpordistnciaentrepontos,resoluoeportempodeaquisio, permitindo um ajuste de incremento a cada 1 segundo. de pequenas dimenses e leve. Sua operao menos direta que o receptor 12XL, uma vez que possui mais opes de menus.Noentantoapsafamiliarizaocomsuasfunesmostraserumaparelhode 35fciloperao.Temcapacidadeparaarmazenar500pontosindividuais(waypoint),e 1024pontosparademarcaodetrilhas.Possuiummapaeletrnicobsico,onde apresentaasprincipaisrodovias,cidades,lagoseoutrascaractersticasdemaior relevncia disponibilizada e autorizada pelo governo. Sua antena destacvel, podendo ser substituda por uma antena ativa com cabo de maior comprimento, proporcionando ganhos na captura de sinal. Este ganho depender do modelo de antena utilizado, sendo maiscomunsasantenasde25dbe36db.Suaperformanceemtermosdepreciso, segundo o fabricante, semelhante do 12 XL (Garmin, 1999). GPS Garmin II firmware 2.07 (Figura 7b) - um receptor de gerao anterior ao 12XL e III Plus, mas ainda muito utilizado. Possui 8 canais paralelos de rastreamento simultneo e contnuo, com taxa deatualizaode 1 segundo. pequeno, leve e muito simplesasuaoperao,possuindopoucosmenus,sendomaisdiretooacesso informaoquesedeseja.Suaantenadestacvel,podendosersubstitudaporuma antenaexterna,pormnoaceitaantenasativas.Nestecasonohganhosdesinal.A nicavantagemdestaantenaapossibilidadedeposicionamentoacimadealguns obstculos como teto de automvel e copa de rvores no muito altas. Tem capacidade dearmazenar250pontosindividuais(waypoint)e768pontosparademarcaode trilhas, com tempo de aquisio programvel a incrementos de 1 segundo. Sua preciso estentre5e10metrosseconectadoaumreceptordesinaisderdiofarolede15 metros com antena normal (Garmin, 1996). GPSGarmineTrexSummit(Figura7c)firmware2,10umreceptormais recenteque,comoosdemaisdaGarmin,secaracterizapelopequenoporte,levezae facilidadedeoperao.Possui12canaisparalelospararastreamentosimultneoe contnuo,contandocomumaantenainterna(inclusanapartesuperiordocorpodo receptor),nosendopossvelaconexocmantenaexterna.Segundoofabricante,possuiumaprecisode1a5metrosquandooperandojuntoaumreceptorderdio farole15metrosemcondiesnormaisapenascomantenainterna(Garmin,2000). Temcapacidadeparaarmazenamentode500pontosindividuais,distribudosem20 rotasreversveis,almde3000pontosouvrticesempregadosparademarcaode trilhas.Podeserconfiguradoquantoaotempodeaquisiodevrtices,com incrementosde1segundoecontroledepontosobtidosnaestimativadecoordenadas mdias. Seu maior diferencial a presena de bssola magntica eletrnica e gravao de altitude, visto que possui um altmetro baromtrico. 36 abcFigura 7 Ilustrao dos equipamentos GPS Garmin III plus (a); GPS Garmin II (b) e GPS Garmin eTrex Summit (c). 37 5 DESENVOLVIMENTO 5.1 - rea de Estudo A rea de estudo localiza-se na regio noroeste da cidade de Belo Horizonte. pertencenteaUFMG,sendodelimitadapelasavenidasPresidenteCarlosLuz(Av. Catalo)anordeste,Av.ProfessorJosVieiradeMendonaOesteepeloAnel Rodovirio (unio das rodovias federais BR 262 e 381), a sudeste (Anexo II).Comodefiniodeumprojetoaserdesenhadoosdiversospolgonosobtidos com os diferentes receptores GPS, estabeleceu-se as seguintes coordenadas: Coordenadas UTMCoordenadas Geogrficas LatitudeLongitudeLatitudeLongitude Lim. inferior7799952.978 606715.421 S 19 53 37O 43 58 50Lim. Superior7801805.492 608035.331 S 19 52 37O 43 58 05Datum horizontal: SAD 69 Aolongodopermetrodestareahumagrandevariaodecondiesde visibilidadedocu,ocorrendotrechosdecompletadesobstruo,comoocorrenas proximidadesdovrtice24(Figura8),trechoscomobstruoprximaaosvrticesno ladonortecomonosvrtices13a15localizadosnoAnelRodovirio(Figura9), vrticessobcoberturaarbrea(Figura10) e trechos sem cobertura mas com obstruo prxima de ambos os lados, como na Rua Prof. Jos Vieira de Mendona (Figura 11). Figura 8 rea desobstruda prxima localizao do vrtice 24. 38 Figura 9 Trecho do Anel Rodovirio, prxima ao vrtice 14, com barranco obstruindo parcialmente a face norte. Figura 10 Vrtice 10, localizado sob cobertura arbrea. 39 Figura 11 Obstrues prximas ao vrtice 2, localizado na Rua Prof Jos Vieira de Mendona. Omarcoutilizadoparadeterminaodepontofixoouvrtice,tomadocomo basederefernciacomparativalocaliza-senocampusdaUFMG(Figura12),prximo ao Instituto de Geocincias, cujas coordenadas so: Vrtice N 01 Nome: IGC II. Descrio:Marcodeconcreto afixadoemsologramado, livre de obstrues. Longitude:608.839,22. Latitude:7.802.679,22. Altitude:820,72. IGC II Figura 12: Marco IGC II utilizado como base de referncia comparativa. 5.2 Obteno dos Dados Para a delimitao da poligonal foram alocados 25 vrtices de forma a envolver a rea pertencente UFMG, como pode ser observado na figura 13. 40 Figura 13 Poligonal determinada pela Estao Total, sem os vrtices 9, 10 e 11, sobre imagem area da rea de estudo. O processo de delimitao teve incio com a estao total, realizando visadas no alcancemximopermitidopelotraadodasvias,empregandocomoobjetodevisada um basto de 1,70 m com um prisma. Opolgonodeterminadopelaestaoteveovrticen1georeferenciado,cujas coordenadasforamobtidascomoGPSTrimblePrXRestacionadosobreele, coletando-se dados por 30 minutos, dados estes que foram ps processados no software 41Patfinder Office 2.51, utilizando-se como base a estao da Santiago & Cintra de Belo Horizonte. Oempregodaestaototalcomoprimeiroequipamentoteveporfinalidade determinar os vrtices que posteriormente seriam utilizados pelos demais equipamentos. Os vrtices foram materializados por piquetes de madeira cravados no solo. Apsacoletadosdados,estesforamtransferidosparaumcomputadore processadoscomosoftwaretopoGRAPH98SE,verso2.68.Orelatriogeradopode ser observado no Anexo VI. O segundo equipamento a ser utilizado foi o GPS Trimble Pr XR, configurado paraumamscarade15aohorizonte,DOPmximoiguala5,nmeromnimode satlites visveis igual a 5. A antena foi ajustada para 1,70 metros de altura do solo. Nosvrticespreviamentedemarcadospelaestaototalforamrealizadas observaes com 2 minutos para coleta de dados, por vrtices. EstereceptortevedificuldadesemcaptareprocessarosinalGPSnosvrtices onde havia obstruo por cobertura da antena, mesmo que parcial, provocada por copa dervoresdepequenoporte(figura10).Assim,nosvrtices9,10e11noforam determinadasascoordenadassendodesconsideradosnocomparativodoclculodas reas. Osdadoscoletadosforamtransferidosparaumcomputadoreprocessadospelo softwarePathfinderOffice2.51,considerandoosdadosdaantenainstaladapela Santiago & Cintra em Belo Horizonte como base para ps processamento. AindanestamesmacampanhadecampoforamcoletadosdadoscomoGPS Garmin12XL,utilizandoantenaexternaativamodeloSM76,cujosganhosdesinal estoemtornode25db.Todosos25vrticestiveramsuascoordenadasdemarcadas, colocando-seaantenasobreopiqueteeaguardando2minutosdeprocessamentode sinalantesdedemarcaroponto,esperandoquedestaformahouvesseumacorreta atualizao do posicionamento e permitindo uma marca de maior confiana. Apsacoletadeposiodos25vrtices,osdadosforamtransferidosparao computadorcomosoftwareGPSTrackMakerProfessionalverso3.5.Oarquivo geradofoiexportadonoformatoDXFversoR12,paraposteriorimportaopelo software Spring. Na segunda campanha de campo foram empregados os receptores Garmin 12 XL semantenaexterna,GPSGarmin45XLcomantenapadroeoGPSGarmin2com 42antenaexternapassiva,ouseja,quenoapresentaganhosdesinalmasminimizaas perdas deste por cobertura pouco densa. Damesmaformaqueosequipamentosanteriores,osreceptoresforam posicionadossobreospiquetesquerepresentamosvrticesdapoligonal,2minutos foramaguardadosesentoosprocedimentosdedemarcaodascoordenadasforam feitos.Os25pontoscoletadosforamtransferidosaocomputador,empregando-seo software GPS TrackMaker Professional verso 3.5, e exportados no formato DXF R12 para posterior importao pelo software Spring. Estestrsreceptoresnoacusaramperdadesinal(ouciclo),durantetodo levantamento, como era de se esperar para um receptor atuando sob o cdigo C/A e sem barreiras fsicas densas especialmente por cobertura das antenas. Umaterceiracampanhadecampofoirealizadaparacoletadascoordenadas, empregando-seosreceptoresGarmin3pluscomantenapadroeGPSGarmineTrex Summit, tambm com antena padro. Neste caso, integrada ao corpo do receptor. Noreceptor3plustambmpossvelconectarumaantenaexternaativa,no realizado neste teste por no possuirmos tal antena com o conectoradequado ao modelo de receptor (conector BCN). Estes dois receptores tambm no apresentaram perda de sinal. Osdadoscoletadossofreramomesmoprocedimentodosdemaisreceptores, sendotransferidosaocomputadorpelosoftwareGPSTrackMakerProfessionalverso 3.5 e exportado no formato DXF. DevidolimitaodevrticesimpostapeloGPSTrimblePrXR,oqualno capturou dados nos vrtices 9 , 10 e 11, estes vrtices foram eliminados da poligonal de todos receptores para efeito de clculo da rea e permetro. Natabela3soapresentadososvaloresdelongitudeelatitudeemUTMdos vrtices demarcados, obtidos com a estao total e todos os receptores GPS analisados. Paraotestedeposicionamento(Figura14)colocou-seosreceptoresGPSde navegao ligados sobre o marco geodsico IGC II, permanecendo 5 minutos rastreando sinaisantesdeiniciaracoletadedados,nointuitodeterumboaestabilidadeno processamentoerenovaodoalmanaque.Osreceptores45XLeGPSIItiveram coordenadas obtidas apenas de forma simples, uma vez que tais receptores no possuem recursos que permitam uma melhoria do posicionamento. 43Tabela 3 Relao de coordenadas UTM dos vrtices das poligonais, determinados pela estao total e receptores GPS. EstaoTrimble Pr XRGPS IIGPS III plusObs. Vrtice EsteNorteEsteNorteEsteNorteEsteNorte 1 607134,6617801500,594 607134,661 7801500,594 607134,183 7801515,900 607087,852 7801454,061 2 607133,3307801460,032 607133,330 7801460,032 607126,504 7801453,607 607087,632 7801417,846 3 607123,4387801405,327 607123,438 7801405,327 607117,208 7801402,604 607074,339 7801356,180 4 607083,4337801295,152 607083,433 7801295,152 607081,190 7801298,329 607035,492 7801248,360 5 607050,4307801236,303 607050,430 7801236,303 607051,604 7801235,575 607004,818 7801191,550 6 607052,3507801107,334 607052,350 7801107,334 607053,068 7801106,730 607007,435 7801067,448 7 607103,9977800876,874 607103,997 7800876,874 607111,728 7800870,077 607059,358 7800831,428 8 607145,5427800803,961 607145,542 7800803,961 607144,520 7800813,475 607097,670 7800758,763 9 607103,9317800601,724 607071,8877800598,398 607054,867 7800554,191No processado 10 607055,5297800316,169 607059,0017800325,962 607011,038 7800273,037No processado 11 607044,4387800225,741 607035,9027800221,609 607002,624 7800182,250No processado 12 607099,0387800157,169 607099,038 7800157,169 607102,487 7800180,832 607056,112 7800111,866 13 607338,9357800285,076 607338,935 7800285,076 607318,834 7800293,509 607275,824 7800223,930 14 607422,1987800340,814 607422,198 7800340,814 607408,943 7800334,521 607374,499 7800288,044 15 607499,5757800405,891 607499,575 7800405,891 607477,860 7800400,003 607437,749 7800345,249 16 607869,5257800671,879 607869,525 7800671,879 607855,196 7800663,090 607807,853 7800619,661 17 607836,1037800842,811 607836,103 7800842,811 607841,125 7800841,884 607794,924 7800801,417 18 607784,6757800897,532 607784,675 7800897,532 607788,757 7800911,668 607739,654 7800855,783 19 607714,9057800941,958 607714,905 7800941,958 607702,528 7800954,942 607664,031 7800888,305 20 607609,9937800980,605 607609,993 7800980,605 607607,274 7800991,740 607566,037 7800936,401 21 607474,1927801026,309 607474,192 7801026,309 607477,785 7801032,902 607428,131 7800978,801 22 607334,4917801149,595 607334,491 7801149,595 607316,451 7801194,187 607271,318 7801144,809 23 607224,9657801571,839 607224,965 7801571,839 607245,135 7801473,666 607255,580 7801568,918 24 607194,9557801659,803 607194,955 7801659,803 607198,395 7801638,408 607163,430 7801598,468 R 607138,3767801635,829 607138,376 7801635,829 607134,898 7801646,707 607097,138 7801595,902 44Tabela 3 - continuao... GPS 45 XLGPS eTrex SummitGPS 12 XL sem antena externaGPS 12 XL com antena externaObs. Vrtice EsteNorteEsteNorteEsteNorteEsteNorte 1 607128,103 7801531,967607130,922 7801503,377 607137,085 7801531,319 607130,158 7801500,490 2 607128,801 7801461,905607129,258 7801464,935 607132,207 7801467,821 607136,090 7801460,081 3 607118,316 7801400,222607117,832 7801401,310 607125,607 7801398,397 607123,953 7801403,752 4 607078,386 7801298,940607081,006 7801291,066 607083,948 7801290,000 607084,537 7801294,748 5 607044,328 7801239,775607049,041 7801232,678 607043,665 7801223,155 607052,714 7801233,788 6 607056,413 7801102,554607047,519 7801111,987 607053,634 7801107,321 607054,748 7801106,127 7 607102,209 7800874,884607104,949 7800880,972 607098,937 7800890,934 607107,823 7800874,850 8 607133,281 7800812,356607143,416 7800799,177 607141,140 7800811,714 607147,834 7800804,548 9 607096,641 7800605,372607098,451 7800599,897 607103,899 7800598,204 607102,805 7800603,552No processado 10 607055,660 7800330,732607056,909 7800318,312 607061,715 7800310,509 607055,560 7800313,513No processado 11 607039,880 7800229,303607043,331 7800229,597 607058,348 7800218,504 607046,609 7800226,885No processado 12 607109,546 7800141,010607097,114 7800160,112 607108,502 7800154,078 607100,666 7800157,685 13 607323,265 7800283,389607322,662 7800276,519 607332,236 7800280,960 607341,252 7800286,245 14 607405,613 7800341,072607400,308 7800337,486 607415,124 7800335,077 607425,851 7800344,508 15 607485,758 7800405,892607481,260 7800392,032 607477,758 7800383,380 607502,051 7800406,977 16 607854,645 7800664,874607850,885 7800667,124 607871,540 7800672,489 607872,108 7800673,077 17 607840,034 7800847,234607836,073 7800853,947 607836,092 7800845,477 607840,011 7800843,076 18 607784,257 7800910,508607780,630 7800904,297 607780,851 7800904,592 607790,361 7800898,002 19 607721,703 7800967,887607716,887 7800936,561 607720,457 7800947,708 607719,857 7800941,180 20 607606,143 7800990,560607612,309 7800981,292 607618,466 7800985,141 607611,714 7800982,807 21 607470,477 7801031,759607465,858 7801034,292 607475,549 7801034,697 607477,764 7801029,340 22 607308,595 7801195,422607313,331 7801189,132 607317,009 7801193,590 607338,623 7801145,962 23 607246,867 7801481,374607238,678 7801573,890 607256,364 7801473,004 607227,766 7801572,924 24 607207,925 7801635,382607203,540 7801647,329 607210,229 7801644,867 607196,847 7801660,981 R 607138,897 7801644,707607136,446 7801635,547 607139,999 7801641,138 607143,347 7801637,558 45 Figura 14 Receptores GPS eTrex Summit e GPS III estacionados sobre marco ICG II. ComoGPSIIIplushouveduasvariaes.Primeiramentecoletou-sea coordenadadeformanormal(pressionandoateclaMarkearmazenandoodado obtido), e um segundo posicionamento empregando-se o recurso da mdia, tomando 60 posies para o clculo da posio mdia armazenada. Para o GPS 12 XL foi possvel estabelecer 4 condies de coleta de dados, sendo duascomantenaexternae2semantenaexterna.Nasduascondiestomou-seuma coordenadadeformanormal(teclaMarkearmazenandoodado),eoutraatravsda mdia.Aoacionarafunomdia,aguardou-se2minutosantesdearmazenaro resultadoobtido,vistoqueoreceptornopermiteacompanharonmerode coordenadas que est sendo coletado para processar a mdia. Com o GPS eTrex Summit foi obtido a coordenada de posicionamento apenas da forma normal. 466 RESULTADOS Umavezcoletados,transferidoseexportados,osdadosdascoordenadasforam importadosparaosoftwareSpring,verso3.6.03.Conformecaractersticasdo programa,aspoligonaisforamimportadasparaacategorialimites,sendoqueo modelodecadareceptorserviuparanomearoplanodeinformaoaoqualforam importados os dados. Na seqncia de procedimentos foi realizado e adio vetorial de cadapoligonal.Empregando-seasfunesdeajusteepoligonalizaoparase certificarquecadapoligonalfossereconhecidaefechada,possibilitandooclculo posterior das reas e permetros atravs da funo operaes mtricas do programa.Atabela4contmarelaodasreasdaspoligonaisemmetrosquadrados, sendoareadaestaototalconsideradacomoverdadeira.Estareafoicalculadaem 55,84 ha. rea Equipamento (m2)(ha) Diferena (ha) Estao Topcom GTS 212558.447,242255,8447 GPS 12 XL com antena externa582.451,984458,24522,4005 GPS 12 XL sem antena externa586.464,664158,64652,8017 GPS 3 plus587.560,156358,75602,9113 GPS 45 XL586.397,523458,63982,7950 GPS 2581.891,734458,18922,3444 Trimble Pr XR558.759,828155,87600,0313 eTrex Summit581.057,531358,10582,2610 Tabela 4 Relao de reas da poligonal obtidas com software Spring, verso 3.6.03. A estao total Topcom modelo GTS 212 foi tomada como base verdadeira. Comosepodeobservar,todasasreasobtidasforamsuperioresreada estao.OreceptorGPSTrimblePrXRfoiquemmaisseaproximoudareareal, apresentando um desvio de 0,0313 ha para maior, equivalente a 0,056% da rea real. A2reamaisprximadaverdadeirafoiobtidacomoGPSGarmineTrex Summit, calculada em 58,1058 ha, valor que apresenta uma diferena a maior de 2,2610 ha, correspondendo a 4,0487% em relao rea calculada para a estao total. 47Emtermosderea,oGPSIIapresentouumcomportamentointeressantepois, apesardeserumreceptorde8canais,possibilitouobtera3reamaisprximada verdadeira, 58,1892 ha, equivalente a 2,3444 hamaior ou 4,198% de erro. OGPS12XLparececomo4e5valorderea,sendoqueparao12XLcom antena externa obteve-se 58,2452 ha com 2,4005 ha a maior (4,2985%), enquanto que o mesmoreceptorsemantenaexternaapresentaumareade58,6465ha(2,8017ha maior), correspondendo a 5,0169% da rea real. O uso da antena externa proporcionaou umareduodoerroem0,4013ha(0,7185%),reaconsidervelsecomparadaaum lote urbano. Comoeraesperado,oreceptor45XLapresentouumerrodereadosmais elevados,com 58,6398ha,correspondendoa 2,7950 ha ou 5,0049 % maior que a rea verdadeira. Esta diferena no entanto ainda menor que a apresentada pelo GPS 12 XL semantenaexterna,resultadoque,talcomonocasodomGPSII,nopermite evidenciarumamelhoriadosdadosobtidosentrereceptoresde8ou12canais.Esta consideraoreforadaquandooreceptorIIIplusdefabricaomaisrecentee incorporandotecnologiade12canaisapresentouareamaisdistantedareal,ouseja, 58,7560 ha, com uma diferena de 2,9113 ha, rea correspondente a 5,3132 % da real. As figuras 15 e 16 contm a representao grfica dos valores encontrados para rea e respectivas diferenas em hectares. igura 15 Representao grfica do clculo de reas obtidos pelos receptores GPS, tomando como base verdadeira a rea da estao total.rea cartogrfica da poligonal58,756058,189255,876058,646555,844758,245258,639858,105854,0054,5055,0055,5056,0056,5057,0057,5058,0058,5059,0012XLca12XLsa3 plus45XLGPS 2SummitReceptorrea (ha)F48 Figura 16 Representao grfica da diferena entre a rea obtida por cada receptor e a reacalculadapelaestaototal,quesetomadacomoverdadeira,ogrfico 2,40052,91132,79502,34440,03132,26102,80170,000,501,001,502,002,503,003,5012XLca12XLsa3 plus45XLGPS 2SummitReceptorrea (ha)Diferena de rearepresenta o erro de cada receptor. poligonaislevantadasforamava As liadastambmquantosuaextenso, orrespue 6 receptores (12XLa o GPS eTrex Summic ondendo ao permetro da rea de estudo, cujos valores podem ser observados na tabela 5. O permetro obtido com a estao total dado com verdadeiro. Foram levantadas 7 poligonais alm da considerada real, sendo qcomantenaexternaesemantenaexterna,IIIplus,45XL,PrXReeTrex Summit), apresentaram permetros superiores ao real, e apenas1 receptor (GPS Garmin II), apresentou permetro menor que o real. A tabela 5 apresenta o resultado de todas as poligonais mensuradas e respectivas diferenas em relao verdadeira. Amenordiferenaencontrada foi com os valores calculados part,com3.806,4960metros,apenas0,3397mmaiorqueopermetrorealcujo valor 3.806,4960 metros, portanto uma diferena inferior aos 50 cm estabelecidos pelo INCRAparalevantamentosdestinadosacadastrorural.Ovaloramaiorencontrado equivaleaumaescalade1:1698paraoErroGrfico(E.G.)e1:679paraoPadrode ExatidoCartogrfica(P.E.C.),considerandoosvaloresestabelecidosnoDecreto 89.817de20/07/1984paracartasimpressasClasseAdoMapeamentoSistemtico Brasleiro. 49Permetro Equipamento mkm Diferena (m)Estao Topcom GTS 2123.806,49603,8065 GPS 12 XL com antena externa573.833,07173,833126,57Trimble Pr XR3.807,55313,80761,0571 eTrex Summit3.806,83573,80680,3397 GPS 12 XL sem antena externa3.819,84053,819813,3445 GPS 3 plus3.814,87743,81498,3814 GPS 45 XL3.839,90413,839933,4080 GPS 23.798,80783,7988-7,6882 Tabela 5 - Relao dos permetros da poligonal obtidos com a estao total e receptores, OGPSPrXRforneceuumpermetrode3.807,5531metros,1,0571macima normalmenteacercade1,30mdosolo,alturaemqueooperadorosseguraenquanto C. de 1:2114 e um erro grfico de 1:5285. tro calculametro de 3.814,8um Padro de Exatido Cartogrfica de 1:16.762. calculados no software Spring, verso 3.6.03. A estao total Topcom modelo GTS 212 foi tomada como base verdadeira. doreal.Esteerropodeserconsideradoelevadoparaestereceptor,principalmente devidoaofatodetersidorealizadoopsprocessamento.Esteaparelhoapresentou dificuldades em receber os sinais dos satlites devido a presena da arborizao urbana em alguns pontos (figuras 8 e 9), e barrancos prximo ao vrtice (figura 7). A recepo poderia ser melhorada, reduzindo este erro, caso fossem realizadas alteraes na altura da antena ao longo do levantamento, de forma a posiciona-la sobre a copa das rvores. Noentantooptou-sepordeixa-lafixaem1,70mparaverificarmossuasensibilidade sobreestesobstculos,vistoqueosreceptoresdenavegaoseriamposicionados realiza as leituras e manuseia suas teclas. Para o erro obtido tem-se uma P.E.O GPS II normalmente aparece como 3 melhor resultado sendo que o permedoparaestereceptorfoi7,6882metrosmenorqueoreal,ouseja3.798,8078 metrosdecomprimento.Estadiferenarepresentaumerrogrficodemapeamento (E.G.) de 1:38441 e um Padro de Exatido Cartogrfica (P.E.C.) de 1:15.376. Com uma diferena de 8,3814 metros, o GPS III plus forneceu um per774metros,colocando-seem4lugarcomumerrode0,2202%emrelaoao comprimento total encontrado. Esta diferena representa um Erro Grfico de 1:41.907 e 50Comantenaexternaousemantenaexterna,oreceptorGPS12XLapresentou permetrossuperioresaoreal.Semautilizaodaantenaexterna,estereceptor possibi de 1: 127.878 quando utilizada a antena externa. O P.E.C. de 1: 26.689a,comamaiordiferena enconto total. Figura17Representaogrficadoclculodospermetrosobtidospelosreceptores GPSeestaototal,calculadopelosoftwareSpringverso3.6.03,tomando como base verdadeira a poligonal levantada pela estao total.litou o clculo de 3.819,8405 metros, 13,3445 m maior que o real, classificando-ocomo5colocado,com0,3505%deerro.Aoempregaraantenaexterna,esta diferenaaumentouem13,2312m(0,3464%),ouseja,3.833,0717metrostotais elevando a diferena final para 26,5757 metros, o que significa 0,6981 % de erro. Este valornoeraesperado,vistoqueaantenaexternatrazganhodesinal,gerandouma expectativaderesultadomaisprximadoreal,fatoquenoocorreu,classificandoo conjunto em 6 lugar. EstesvaloresconferemumE.G.de1:66.722quandooreceptoroperaapenas com a antena interna e sem antena externa e 1: 51151 com antena externa. JoGPS45XL,porserumreceptorde8canaisesermaisantigoqueos demais,apresentouumresultadodentrodaexpectativrada:3.839,9041metrostotais,33,4080metrosamaisqueopermetroreal, representando uma diferena de 0,8776 %. O Erro Grfico calculado para este receptor de 1: 167040, e o Padro de Exatido Cartogrfica de 1: 66.816. As figuras 17 e 18 demonstram graficamente o valor dos permetros encontrados e as diferenas calculadas em relao ao permetro obtido pela esta3,8333,8153,8403,7993,8083,8073,8063,8203,773,783,793,803,813,823,833,843,8512XLca12XLsa3 plus45XLGPS 2SummitReceptorPermetro (km)Permetro da Pologonal51Diferena de permetro26,5833,4113,34-7,698,381,060,34-10,0-5,00,05,010,015,020,025,030,035,040,012XLca12XLsa3 plus45XLGPS 2SummitReceptorPermetro (m)Figura18Representaogrficadoclculodasdiferenasentrepermetrosobtidos pelosreceptoresGPSeestaototal,calculadopelosoftwareSpringverso 3.6.03,tomandocomobaseverdadeiraapoligonallevantadapelaestao total. Um comparativo entre as poligonais obtidas em funo da escala, pode ser observado nos Anexos IIaV. Nadeterminaodecoordenadasfixas,comoomarcogeodsicoIGCII,os receptoresapresentaramumbomdesempenhoparasuacategoria.Dasnovesituaes avaliadas, oito apresentaram erros inferiores a 10 metros, sendo que em 7 destas o erro foi inferior a 4 metros. Paraoclculododeslocamentoentreacoordenadamensuradaeovalordo marco geodsico utilizou-se a expresso: D = 2 2) ( ) (GPS IGCII GPS IGCIIY Y X X Onde: D = diferena entre as coordenadas do marco geodsico IGC II e as obtidas pelo GPS; XIGC II= VXGPS = VaIGC II= Valor da coordenada Norte (latitude) do marco geodsico IGC II; = comosdetecnologiamaisantiga(8canais)apresentandomaioresdiferenas s. Na tabela 4 so apresentados os resultados obtidos para todas as situaes testadas. alor da coordenada Este (longitude) do marco geodsico IGC II; lor da coordenada Este (longitude) encontrada por cada receptor GPS; YYGPSValor da coordenada Norte (latitude) encontrada por cada receptor GPS. Nestacategoriadeavaliao,osreceptorescomportaram-secomooesperado, (deslocamentos)eosmaisnovos(12canais),menoresdiferenasconformemais recursos foram utilizado52 Coordenada UTM Diferena de posicioname to (m)n Equipamento XYXY Deslocamento (m) IGC II608839,220 7802679,220 0,0000 0,00000,0000GPS 45 XL608830,279 7802680,483 -8,9410 1,26309,0298GPS II608850,450 7802672,644 11,2300 -6,576013,0137GPS III plus std608837,011 7802678,660 -2,2090 -0,56002,2789GPS III plus media608836,456 7802680,445 -2,7640 1,22503,0233GPS 12 XL ca608839,817 7802678,642 0,5970 -0,57800,8310GPS 12 XL sa608837,566 7802678,656 -1,6540 -0,56401,7475GPS 12 XL ca mdia608839,471 7802678,202 0,2509 -1,01771,0482GPS 12 XL sa mdia608837,402 7802675,919 -1,8183 -3,30073,7684GPS eTrex Summit608838,687 7802680,570 -0,5330 1,35001,4514ca com a sem antena externa;std - demarcao da coordenada de forma normal.Tabela6RelaodecoordenadasobtidaspelosreceptoressobreomarcoIGCII,e respectivas diferenas de posicionamento por eixo e deslocamento total. Osmaioresdesloca toscalcu sforamoGPS ,13,013 tros s da coordenad , slocno (11,23 bilitam en 8 e C.027. ma c 98mndoo )qu c paraede . cade 5 e o Po calcu u ara 2ntena eecom 4 mdesloc:1 um deE37tros uando marcada a posio de modo normal (tecla mark e salvando o valor indicado). antena externa ativa;smen lado para II 7medistante a verdadeiracom maior de amentoeixo Xm). Os valores possi contrar um E.G. de 1: 65.06um P.E. de 1: 26.OGPS45XLapresentouosegundoiorerro, om9,02 etrosde deslocamento,se componenteX(longitude emmais ontribuiu levaro erro, com 8,9410 deslocamento a Oeste. O E.G lculado 1: 44.70 .E.C. de 1: 17.882. A posi lada com a f no mdia po GPS 1 XL sem a xterna, foi de maior erro dentre os receptor s de 12 canais3,768 etros de amento asudoeste,fornecendoumErroGrficode1 8.842ePadro xatido Cartogrfica de 1: 75 . O receptor III plus foi classificado em 5 e 6 lugares, com erro de 3,0233 mea noroeste quando calculada a posio empregando a funo mdia, e de 2,2789 metros qOs erros calculados com a funo mdia so: E.G = 1: 15.116 e P.E.C. = 1: 6.046. Sem a funo mdia o E.G. de 1: 11.394 e o P.E.C. = 1: 4.557. 53Comumerrodedeslocamento de 1,7475 m na direo sudoeste, o GPS 12 XL se classifica em 4 lugar, no fazendo uso da antena externa. Tal diferena proporciona um E.G. de 1: 8.737 e um P.E.C. de 1: 3.495. O terceiro melhor resultado foi do GPS eTrex Summit, com um deslocamento de aexternaativa.Empregando-seafunomdiapresenteno (coordenadaNorte).Este geodsico IGC II.s GPS, sobre o marco Nafigura20tem-seadispersodasdiferenasemmetrosnoposicionamento das coordenadas obtidas considerando o marco IGC II como centro do grfico, ou seja, deslocamento X=0 e deslocamento Y=0. 1,4514 metros a noroeste, sendo a maior variao no eixo Y (Norte). O erro encontrado equivale a um E.G. de 1: 7.257 e um P.E.C. de 1: 2.902. O GPS 12 XL apresentou os dois melhores resultados do teste quando utilizado emconjuntocomaantenreceptor,odeslocamentoencontradofoide1,0482metrosnadireosudeste,sendoa maiorvariaonoeixoY(coordenadaNorte).OE.G.calculadofoide1:5.241eo P.E.Cde1:2.096.Semafunomdiaoerrodedeslocamentofoide0,8310metros tambmnosentidosudeste,comumaumentonovalordacomponenteX(coordenada Este)ereduonovalordoerrodocomponenteY deslocamento propicia um E.G. de 1: 4.155 e um P.E.C. de1: 1.662. Afigura19trazarepresentaogrficadadispersodosvaloresdas coordenadas Norte e Este em relao ao marco

Posicionamento do marco IGC II7802680,07802681,0,0tTMIGC II45 XLGPS III plus avr12 XL ca mdia7802672,07802673,07802674,07802675,07802676,07802677,07802678,07802679,0608825,0608830,0608835608840,0608845,0608850,0608855,0Longitude (UTM)Latiude (U)GPS IIGPS III plus st d12 XL ca12 XL sa12 XL sa mdiaeTrex Summit Figura 19 Variao nos posicionamentos obtidos pelos receptoreIGC II. 54Figura20Diferena(erro)deposicionamentoentreascoordenadasobtidasea posio do marco IGC II, em metros. tros dosdeslocamentos proporcionados pelos receptores. -7,00-6,00-5,00-4,00-3,00-2,00-1,00-10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0Diferena em longitude (m)Diferena em latitudGPS IIGPS III plus stdGPS III plus avr12 XL ca12 XL sa12 XL ca mdia12 XL sa mdiaeTrex SummitDisperso de diferenas0,001,002,00e (m)IGC II45 XL Nafigura21apresentadoumgrficodebarrasdemonstrandoovalorem Deme Figura21Variaodosdeslocamentosdeposioentreosvaloresdosvrtices obtidos pelos receptores e o marco IGC II. 3,771,451,051,750,833,022,2813,019,030,02,04,06,08,010,045 XLGPS IIGPS III plus stdGPS III plus avr12 XL ca12 XL saeTrex SummitReceptoresDeslocamanto (slocamento de coordenadas12,014,0m) 557 CONCLUSES Emtermosderea,conformealgunsautoresjhaviammencionado,estano um bom indicador para a preciso de receptores GPS, especialmente para os modelos de navegao,noapresentandomelhoriassignificativasemtermosdeaperfeioamentos tecnolgicosdosreceptores,vistoqueaparelhosmaisantigos,de8canais,tiveram respostas melhores que alguns receptores mais modernos de 12 canais. Detodaforma,oerroapresentadoparatodososreceptoresestacimado aceitvelparalevantamentosurbanos,vistoquetodasasdiferenassuperamareade umloteurbanotpico(360m2),supondoqueaglebalevantadafossedestinadaaum loteamento, por exemplo (Anexos II a V). tlite LandSat, com valor de pixel de 30 x 30 m e uma tolerncia de 1,5 pixel de erro o georeferenciamento, apenas o Trimble Pr XR em seu erro absorvido pela tolerncia aceitanogeoreferenciamentodaimagem,osdemaisreceptoresaindaapresentariam distores que seriam evidentes quando alocadas suas poligonais sobre a imagem. Portanto,osreceptoresGPSdenavegaoaindatmrestriesquantoaoseu emprego,sedestinadosaoclculodereasparaimveisruraisouurbanos, principalmentesetaislevantamentostmporobjetivosquaisquertiposderegistros cartoriaisoudeobrasqueexijammaiorpreciso.Seutilizadosparatarefasondeno haja a necessidade de registros, apenas para demarcaes internas s propriedades como diviso de pastagens, estimativas de cercamento, cujas variaes sejam tolerveis, estes tipos de receptores podero ser empregados. OsGPSdenavegaotambmmostraramgrandesoscilaesnadeterminao dopermetro,comvaloresvariandoemat100vezesentreomenorvalor(eTrex Summit) e o maior valor (45 XL), embora neste caso haja uma diferena de tecnologia entreosdoismodelos.Asimplesevoluodatecnologianoexplicatotalmentea variaoencontrada,vistoquereceptoresmaisantigosde8canais(GPS II),apresentaram resultados melhores que receptores mais modernos de 12 canais (III plus,12XL).Deve-seconsiderartambmqueacoletadedadosnoocorreuemuma nicacampanhadecampocomtodososreceptores,podendohaverentogrande influnciadasdiferentesconstelaesformadasnosdiferentesperodosdecoletade dados e sua geometria. Seconsiderarmosoempregodosreceptoresconjuntamentecomimagensdo san56Dos 7 resultados obtidos, dos limites de erros informados elos fabricantes (15 metros). Dois receptores superaram o limite de 15 metros. O GPS ro permaneceu dosreceptorespodemserutilizadoscom agenuma aior gos. 5 encontram-se abaixop45XLpodeterapresentadotalresultadodevidosuacomposio,umreceptorde8 canais,comsoftwaredeprocessamentointerno(firmware)maisantigo,portanto passvel de sofrer maiores interferncias e menor preciso. O GPS 12 XL no entanto umreceptorrecente,de12canaisequesultrapassouolimitede15metrosaoser utilizado com auxlio da antena externa, sem este acessrio o limite de erabaixodoindicadopelofabricante.Estasituaodeversermelhoravaliada, especialmentecomtestesdeavaliaodainflunciadaintensidadedosinalrecebido, visto ser esta a nica variao ocorrida entre as 2 repeties com o receptor 12 XL. Mesmocomestasdiferenas,6 im sdesatlitedemenorresoluo,comooLandSat,CBERS,NOOAeoutros, cujosvaloresdepixelsejamsuperioresa20ou30metros.Paraelaboraodemapas tambm podero ser utilizados, desde que tenha objetivo mais informativo como mapas tursticos,desportivos,derecreaoentrooutros.Cartastemticaspoderoreceber dadosdestetipodereceptor,seconfeccionadasemumaescalatalquepermitam eneralizao da informao. Paracoletadeatributosdafeioponto,osreceptoresde12canaistm condies de identificar objetos em cartas cuja escala seja superior a 1: 8.000, uma vez que, para este tipo de receptor, todos os valores apresentados esto abaixo de 4 metros de deslocamento. J para os receptores de 8 canais, desaconselhvel seu emprego para identificar pontos em cartas cuja escala seja inferior a 1: 45.000, pois os deslocamentos obtidos esto prximos ou superior a 10 metrSeempregadosparatrabalhossobreimagensdesatlites,estesreceptores poderoserutilizadosdesdequenosejaimagensdealtaresoluo,comoQbird, Ikonosetc.Apenasimagemcomvalordepixel acima de 10 metros tero boa resposta com os receptores de 12 canais (LandSat 7 com banda 8, CBERS). Os receptores de 8 canais acrescentaro erros menos elevados e melhor absorvidos em imagens cujo valor de pixel seja superior a 30 metros (LandSat, NOOA etc). 578 REFERNCIASBIBLIOGRAFICAS A MIRA. Dicionrio de termos GPS. Criscima, n 91, pg. 61-66, julho/agosto 1999. ANGULO FILHO, R.; BAIO, F.H.R. Avaliao da Exatido de Dois Receptores GPS operando em Condies Desfavorveis de PDOP (Position Diluition of Precision). In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CARTOGRAFIA, 19., Recife, 1999. 8p. ARANA, J.M.. O uso do GPS na elaborao de carta geoidal. 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