Curso de Cartografia Básica, GPS e ArcGIS

Transcrição

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
Colégio Politécnico da UFSM
Área de Geoprocessamento
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
Curso de Cartografia Básica,
GPS e ArcGIS
Versão: Outubro 2010
MATERIAL DIDÁTICO
Elódio Sebem
Prof. de Ensino Médio, Técnico e Tecnológico / Colégio Politécnico da UFSM
Michele Monguilhott
Prof.ª de Ensino Superior / Colégio Politécnico da UFSM
Curso de Cartografia Básica,
GPS e ArcGIS
Santa Maria / RS
2010
Ministério da Educação
Universidade Federal de Santa Maria
Colégio Politécnico da UFSM
Endereço:
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
Colégio Politécnico da UFSM - Prédio 70
Campus Universitário – Camobi
97105-900 – SANTA MARIA – RS
Telefone: (0xx55) 3220 9419 Ramal 222
Fax: (0xx55) 3220 8273
Capa e Projeto Gráfico: Elódio Sebem (UFSM)
Editoração Eletrônica: Michele Monguilhott (UFSM)
Elódio Sebem (UFSM)
S443c
Sebem, Elódio
Curso de cartografia básica, GPS e ArcGIS / Elódio Sebem,
Michele Monguilhott. – Santa Maria : Colégio Politécnico da
UFSM, 2010.
228 p. : il.
1. Cartografia 2. GNSS 3. Sistemas de informações geográficas 4. ArcGIS 5. Software 6. Material didático I. Sebem, Elódio
II. Monghilhott, Michele III. Título
CDU: 528
528.9
Ficha catalográfica elaborada por Patrícia da Rosa Corrêa CRB-10/1652
iv
PREFÁCIO
O ArcGIS 9.3 é um dos softwares de Sistema de Informações Geográficas – SIG, amplamente utilizado por profissionais na área de geoprocessamento por possuir uma interface completa que permite a inserção,
visualização e manipulação de dados geográficos relacionais e ainda uma
impressão final de qualidade profissional.
É objetivo desta apostila, capacitar e treinar estudantes e profissionais interessados na utilização do software ArcGIS 9.3 além de permitir ao
aluno conhecimentos de cartografia e uso de equipamento GPS de navegação. Busca-se através do incentivo de aprendizado, atender demandas
institucionais, elevando a qualidade do ensino e estimulando a pesquisa,
colaborando na formação e no aperfeiçoamento profissional.
Esta apostila é uma edição compilada do polígrafo escrito com base nas experiências desenvolvidas por profissionais integrantes da equipe
do Laboratório de Geodésia (LAGEO), do Departamento de Geodésia, do
Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
No seu preparo foram elaborados exercícios que permitem o pleno
domínio das funcionalidades básicas do programa. Por ser um curso básico,
não se pretendeu detalhar todos os recursos do software, mas apenas uma
rápida familiarização com o geoprocessamento de dados geográficos.
Para finalizar, aproveita-se esta oportunidade para agradecer as
críticas e sugestões recebidas dos colegas, incentivando-nos a continuar a
proporcionar o acesso da comunidade universitária às aplicações de softwares.
EQUIPE TÉCNICA
ÁREA DE GEOPROCESSAMENTO
Coordenador: Prof. Dr. Elódio Sebem
Docentes:
Prof. Dr. Adão Robson Elias
Prof. M. Sc. Aier Tadeu Gabriel Morcelli
Prof. M. Sc. Alessandro Carvalho Miola
Prof. M. Sc. Antoninho João Pegoraro
Prof. M. Sc. Claire Delfine Viana Cardoso
Prof. Dr. Erni José Milani
Prof. Dr. Elódio Sebem
Prof. Dr.ª Liane de Souza Weber
Prof. M. Sc. Luiz Felipe Diaz de Carvalho
Prof. M. Sc. Luiz Patric Kayzer
Prof. M. Sc. Michele Monguilhott
Prof. M. Sc. Marinêz da Silva
vi
SUMÁRIO
0B1 FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFIA ................................................................................ 15 7B1.1 Introdução a Cartografia ............................................................................................... 15 8B1.2 Princípios Teóricos ....................................................................................................... 17 9B1.3 Localização ................................................................................................................... 25 37B1.3.1 Sistema de Coordenadas Geográficas ................................................................ 26 38B1.3.2 Sistema de Coordenadas Tridimensionais (X, Y e Z) .......................................... 28 39B1.3.3 Sistemas de Coordenadas Planas Cartesianas ................................................... 28 40B1.3.4 Sistema de Projeção Cartográfica ........................................................................ 29 1.3.4.1 Tipo de Superfície Adotada .......................................................................... 30 10BU1.3.4.2 Grau de Deformação da Superfície .............................................................. 31 10B1.4 Sistema de Coordenadas UTM .................................................................................... 33 1B1.5 Norte de quadricula, magnético e geográfico. .............................................................. 38 12B1.6 Mapeamento Sistemático Nacional .............................................................................. 39 13B1.7 Conversões entre sistemas de referência .................................................................... 40 13B1.8 Uso de sistemas de coordenadas nas regiões polares................................................ 42 13B1.9 Precisão e acurácia ...................................................................................................... 44 40B1.9.1 Precisão ................................................................................................................ 45 40B1.9.2 Acurácia ................................................................................................................ 46 13B1.10 Novos avanços no mapeamento da superfície terrestre ............................................ 46 2B2 INTRODUÇÃO A TECNOLOGIA GNSS ............................................................................. 49 16B2.1 O Conceito GNSS ........................................................................................................ 49 17B2.2 Como o GNSS funciona ............................................................................................... 49 18B2.3 Aplicações do GNSS .................................................................................................... 49 19B2.4 Sistemas GNSS ............................................................................................................ 50 41B2.4.1 GPS ...................................................................................................................... 51 42B2.4.2 GLONASS ............................................................................................................ 53 43B2.4.3 GALILEO .............................................................................................................. 54 43B2.4.4 COMPASS ............................................................................................................ 54 20B2.5 Sistemas de Aumentação............................................................................................. 55 4B2.5.1 Sistema de Cobertura para Navegação Geoestacionário Europeu - EGNOS ..... 56 21B2.6 Aplicações GNSS ......................................................................................................... 56 45B2.6.1 Agricultura e Pesca .............................................................................................. 56 46B2.6.2 Pulverização Química........................................................................................... 57 47B2.6.3 Monitoração de Rendimento de Safras ................................................................ 58 48B2.6.4 Extensão de Safras e Rastreamento de Gado..................................................... 58 49B2.6.5 Navegação e Monitoramento de Barcos de Pesca .............................................. 59 50B2.6.6 Engenharia Civil ................................................................................................... 59 51B2.6.7 Monitoramento de Estruturas ............................................................................... 59 52B2.6.8 Orientação de Máquinas ...................................................................................... 60 53B2.6.9 Logística e Gerenciamento de Canteiros de Obras ............................................. 60 54B2.6.10 Manutenção da Infraestrutura de Rodovias e Ferrovias .................................... 61 5B2.6.11 Energia ............................................................................................................... 61 56B2.6.12 Sincronização de Redes para Geração e Distribuição de Energia .................... 62 57B2.6.13 Mapeamento de Infra-estrutura .......................................................................... 62 58B2.6.14 Meio-Ambiente ................................................................................................... 63 59B2.6.15 Monitoramento Ambiental................................................................................... 63 60B2.6.16 Ciências Naturais ............................................................................................... 64 61B2.6.17 Proteção de Recursos Marinhos ........................................................................ 64 62B2.6.18 Segurança Ambiental ......................................................................................... 65 63B2.6.19 Seguros .............................................................................................................. 65 64B2.6.20 Telecomunicações.............................................................................................. 65 65B2.6.21 Localização de Telefones Móveis ...................................................................... 66 6B2.6.22 Rede de Comunicações ..................................................................................... 66 67B2.6.23 Aviação ............................................................................................................... 67 68B2.6.24 Operações em Portos......................................................................................... 67 69B2.6.25 Navegação em Hidrovias ................................................................................... 68 70B2.6.26 Aplicações em Rodovias .................................................................................... 68 71B2.6.27 Aplicações em Ferrovias .................................................................................... 69 3B3 SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL GPS ............................................................ 71 2B3.1 Um breve histórico ........................................................................................................ 71 23B3.2 Definição ....................................................................................................................... 73 viii
24B3.3 Sistema de referência do GPS ..................................................................................... 73 25B3.4 Composição ou segmentos do sistema........................................................................ 75 72B3.4.1 Segmento do Espaço ........................................................................................... 75 10BU3.4.1.1 Satélites GPS ............................................................................................... 76 102BU3.4.1.2 O tempo GPS ............................................................................................... 77 103BU3.4.1.3 Estrutura do Sinal dos Satélites GPS ........................................................... 77 73B3.4.2 Segmento de Controle e Monitoramento ............................................................. 79 74B3.4.3 Segmento do Usuário ........................................................................................... 81 104BU3.4.3.1 Serviços Oferecidos e Tipos de Usuários .................................................... 81 105BU3.4.3.2 Receptores GPS ........................................................................................... 82 15B3.4.3.2.1 Componentes........................................................................................ 82 156B3.4.3.2.2 Tipos de Receptores ............................................................................. 82 179B3.4.3.2.2.1 Quanto ao Número de Freqüências ............................................. 82 180B3.4.3.2.2.2 Quanto ao Número de Canais ...................................................... 83 18B3.4.3.2.2.3 Quanto ao Tipo de Canais ............................................................ 83 182B3.4.3.2.2.4 Quanto ao Tipo de Sinal Observado ............................................ 83 183B3.4.3.2.2.5 Quanto ao Tipo de Levantamento ................................................ 84 26B3.5 Princípio Básico do Posicionamento ............................................................................ 85 75B3.5.1 O processo de trilateração a partir de satélites .................................................... 86 76B3.5.2 Medição da Distância Satélite-Receptor .............................................................. 88 106BU3.5.2.1 Pelo Tempo de Propagação - Código C/A ou P ........................................... 88 107BU3.5.2.2 Pela Diferença de Fase - Portadora L1 ou L2 .............................................. 89 7B3.5.3 Coordenadas dos Satélites Xs, Ys e Zs ............................................................... 90 108BU3.5.3.1 Efemérides Transmitidas .............................................................................. 90 78B3.5.4 Cálculo das Coordenadas do Receptor X, Y e Z ................................................. 90 27B3.6 Fatores que Afetam a Precisão do Posicionamento por Ponto.................................... 91 79B3.6.1 Erros relacionados aos satélites .......................................................................... 91 109BU3.6.1.1 Não Sincronização do Relógio do Satélite com Tempo GPS ...................... 91 10BU3.6.1.2 Forma de Cálculo das Coordenadas dos Satélites ...................................... 92 1BU3.6.1.3 Atraso Entre as Portadoras no Hardware do Satélite .................................. 92 12BU3.6.1.4 Distribuição Geométrica dos Satélites - DOP............................................... 93 13BU3.6.1.5 Disponibilidade Seletiva - SA ....................................................................... 94 80B3.6.2 Erros relacionados à propagação do sinal ........................................................... 94 14BU3.6.2.1 Atraso na lonosfera U( ΔI ) .............................................................................. 94 15BU3.6.2.2 Atraso na Troposfera ( ΔT ) .......................................................................... 95 16BU3.6.2.3 Multicaminhamento....................................................................................... 97 17BU3.6.2.4 Perda de Ciclos ............................................................................................ 97 ix
81B3.6.3 Erros relacionados ao receptor/ antena ............................................................... 98 18BU3.6.3.1 Erro do Relógio ............................................................................................. 98 19BU3.6.3.2 Erro entre os Canais ..................................................................................... 98 120BU3.6.3.3 Centro de Fase da Antena ........................................................................... 98 82B3.6.4 Erros relacionados à estação ............................................................................... 99 12BU3.6.4.1 Coordenadas da Estação ............................................................................. 99 12BU3.6.4.2 Estacionamento da Antena no Ponto de Coleta .......................................... 99 123BU3.6.4.3 Erro Grosseiro Devido a Diferença de Datum .............................................. 99 83B3.6.5 Comparação das Diversas Fontes de Erros nas Medidas ................................. 100 28B3.7 Altimetria com GPS .................................................................................................... 101 84B3.7.1 Modelo de Ondulação Geoidal (No) ................................................................... 101 29B3.8 Método Diferencial ...................................................................................................... 102 85B3.8.1 Com o Código (DGPS) ....................................................................................... 102 86B3.8.2 Com a Fase da Portadora .................................................................................. 104 30B3.9 Posicionamento Relativo ............................................................................................ 104 87B3.9.1 Modelos Utilizados na Solução da Diferença de Fase ....................................... 105 124BU3.9.1.1 Dupla diferença de fase .............................................................................. 105 8B3.9.2 Tipos de Posicionamento Relativo ..................................................................... 106 125BU3.9.2.1 Posicionamento Relativo Estático .............................................................. 106 126BU3.9.2.2 Método Relativo Estático Rápido ............................................................... 106 127BU3.9.2.3 Método Reocupação................................................................................... 107 128BU3.9.2.4 Método Relativo Semi-cinemático (Stop and Go) ...................................... 107 129BU3.9.2.5 Método Relativo Cinemático ....................................................................... 108 130BU3.9.2.6 Cinemático Pós-Processado ...................................................................... 108 13BU3.9.2.7 Cinemático em Tempo Real ....................................................................... 108 31B3.10 Redes de Apoio ao Posicionamento ........................................................................ 109 89B3.10.1 Estação de Controle Ativo ................................................................................ 109 132BU3.10.1.1 Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) ............................. 109 13BU3.10.1.2 Rede INCRA de Bases Comunitárias do GNSS - (RIBaC) ...................... 111 134BU3.10.1.3 Rede Faróis da Marinha ........................................................................... 113 135BU3.10.1.4 Redes de Estações Ativas Particulares.................................................... 114 90B3.10.2 Estação de Controle Passivo ........................................................................... 115 136BU3.10.2.1 Rede Estadual de Pontos GPS - Rio Grande do Sul ............................... 115 4B4 AULAS PRÁTICAS DE GPS ............................................................................................. 119 32B4.1 Modelos de Receptores GPS de navegação ............................................................. 119 x
3B4.2 Manual Garmin eTrex Vista ........................................................................................ 120 91B4.2.1 Introdução: página dos satélites ......................................................................... 120 92B4.2.2 Métodos de Navegação...................................................................................... 122 93B4.2.3 Página do Mapa ................................................................................................. 123 137BU4.2.3.1 Opções da Página do Mapa ....................................................................... 124 138BU4.2.3.2 Instruções Passo a Passo .......................................................................... 125 94B4.2.4 Página de Navegação ........................................................................................ 126 139BU4.2.4.1 Opções da página de navegação ............................................................... 126 140BU4.2.4.2 Instruções passo a passo ........................................................................... 127 95B4.2.5 Página do Computador de Navegação .............................................................. 128 14BU4.2.5.1 Opções da página do computador de navegação ...................................... 128 142BU4.2.5.2 Instruções passo a passo ........................................................................... 128 96B4.2.6 Página do Menu Principal................................................................................... 129 143BU4.2.6.1 Página Marcar Ponto .................................................................................. 130 14BU4.2.6.2 Menu de Procura ........................................................................................ 132 145BU4.2.6.3 Criando e usando uma rota ........................................................................ 133 146BU4.2.6.4 Usando Registro de Trilhas ou Trajetos ..................................................... 136 147BU4.2.6.5 Menu de Definições .................................................................................... 137 157B4.2.6.5.1 Página do Horário ............................................................................... 138 158B4.2.6.5.2 Página de Unidades ........................................................................... 139 159B4.2.6.5.3 Página de Acessórios ......................................................................... 140 96B4.2.7 Página do Altímetro ............................................................................................ 141 34B4.3 Aplicativos................................................................................................................... 143 97B4.3.1 GPS TrackMaker ................................................................................................ 143 148BU4.3.1.1 Informações Importantes ............................................................................ 143 149BU4.3.1.2 Tutorial do GPS TrackMaker ...................................................................... 145 4.3.1.2.1 Barra de Ferramentas Horizontal ....................................................... 145 16B4.3.1.2.2 Barra de Ferramentas Vertical............................................................ 147 162B4.3.1.2.3 Criando um Ponto ............................................................................... 147 163B4.3.1.2.4 Transferindo pontos do computador para o GPS e vice versa........... 148 164B4.3.1.2.5 Configurando menu ferramentas, opções do Software GTM ............. 149 184B4.3.1.2.5.1 Opções Gerais ............................................................................ 149 185B4.3.1.2.5.2 Opções de Unidades .................................................................. 151 186B4.3.1.2.5.3 Opções de Coordenadas ............................................................ 151 187B4.3.1.2.5.4 Opções de Datum ....................................................................... 152 98B4.3.2 Google Earth ...................................................................................................... 153 150BU4.3.2.1 Introdução ao Google Earth ....................................................................... 153 15BU4.3.2.2 O que é o Google Earth? ............................................................................ 153 xi
152BU4.3.2.3 Requisitos do Sistema ................................................................................ 154 165B4.3.2.3.1 Requisitos Mínimos ............................................................................ 154 16B4.3.2.3.2 Configuração Recomendada .............................................................. 155 153BU4.3.2.4 Instalação ................................................................................................... 155 154BU4.3.2.5 Iniciando o Google Earth ............................................................................ 156 167B4.3.2.5.1 Controles de Navegação .................................................................... 156 168B4.3.2.5.2 Funções do Menu ............................................................................... 158 18B4.3.2.5.2.1 Arquivo ........................................................................................ 158 189B4.3.2.5.2.2 Editar ........................................................................................... 158 190B4.3.2.5.2.3 Visualizar .................................................................................... 159 19B4.3.2.5.2.4 Ferramentas ................................................................................ 160 192B4.3.2.5.2.5 Adicionar ..................................................................................... 161 193B4.3.2.5.2.6 Ajuda ........................................................................................... 164 169B4.3.2.5.3 Painel Pesquisar ................................................................................. 164 194B4.3.2.5.3.1 Voar Para .................................................................................... 164 195B4.3.2.5.3.2 Localizar Empresas .................................................................... 165 196B4.3.2.5.3.3 Trajeto ......................................................................................... 165 170B4.3.2.5.4 Painel Lugares .................................................................................... 165 17B4.3.2.5.5 Painel Camadas ................................................................................. 166 172B4.3.2.5.6 Comunidade Google Earth ................................................................. 167 173B4.3.2.5.7 Navegação do Google Earth .............................................................. 168 174B4.3.2.5.8 Barra de Atalhos ................................................................................. 168 175B4.3.2.5.9 Latitude e Longitude ........................................................................... 169 197B4.3.2.5.9.1 Tabela de Conversão.................................................................. 170 176B4.3.2.5.10 Arquivos KML e KMZ ........................................................................ 170 17B4.3.2.5.11 Visualizando o Espaço ..................................................................... 171 178B4.3.2.5.12 Agradecimentos à equipe da Google. .............................................. 172 4.4 Exercício ..................................................................................................................... 173 6B5 ARCGIS DESKTOP 9.3 BÁSICO ...................................................................................... 175 5.1 Introdução ................................................................................................................... 175 5.1.1 O ArcCatalog ...................................................................................................... 176 5.1.2 O ArcMap ........................................................................................................... 177 5.1.3 O ArcToolbox ...................................................................................................... 179 5.2 Características do ArcGIS .......................................................................................... 180 5.2.1 Conceitos Gerais ................................................................................................ 180 5.3 Trabalhando com o ArcCatalog .................................................................................. 182 xii
5.3.1 Exercício 1 – Explorando o ArcCatalog ................................................................... 183 5.3.1.1 Iniciar ArcCatalog ....................................................................................... 183 5.3.1.2 Visualizando Pastas No Arccatalog............................................................ 185 5.3.1.3 Olhando uma pasta qualquer no ArcCatalog: ............................................ 185 5.3.1.4 Localizando a pasta tutorial e criando uma cópia ...................................... 186 5.3.1.5 Visualizando dados no ArcCatalog............................................................. 187 5.3.1.6 Trabalhando com a ferramenta de visualização “Preview” ........................ 188 5.3.1.7 Explorando o conteúdo da tabela ............................................................... 189 5.4 Trabalhando com o ArcMAP ...................................................................................... 190 5.4.1 Visualizando Informações .................................................................................. 190 5.4.2 Trabalhando Geograficamente ........................................................................... 191 5.4.3 Mostrando Relações........................................................................................... 192 5.4.4 Solucionando Problemas.................................................................................... 192 5.4.5 Criando e Atualizando dados ............................................................................. 192 5.4.6 Apresentando os Resultados ............................................................................. 192 5.4.7 Iniciando o ArcMAP ............................................................................................ 193 5.4.7.1 Modos Básicos de Visualização ................................................................. 195 5.4.7.2 Exercício 2 - Trabalhando com Formato Raster......................................... 196 5.4.8 Cartas Topográficas ........................................................................................... 197 5.4.9 Sistema de Referência ....................................................................................... 198 5.4.9.1 Exercício 3 – Inserindo Imagens sem Referência ...................................... 198 5.4.10 Criando Pirâmides em Arquivos Raster no ArcMAP ........................................ 198 5.4.11 Definindo o Sistema de Referência no Arc Catalog. ........................................ 200 5.4.12 Georreferenciamento........................................................................................ 202 5.4.12.1 Exercício 4 – Georreferenciando no ArcMap ........................................... 204 5.4.13 Sistema de Coordenadas Geográfico (GCS) ................................................... 206 5.4.14 Sistema de Coordenadas Projetado (PRJ) ...................................................... 207 5.4.15 Cartografia Digital ............................................................................................. 207 5.4.16 Arquivos Vetoriais............................................................................................. 208 5.4.16.1 Exercício 5 – criando novos arquivos .SHP ............................................. 208 5.4.17 Organizando a Pasta Projeto_Aluno para o Mapa Final .................................. 209 5.4.18 Exercícios ......................................................................................................... 211 5.4.18.1 Exercício 6 – Edição Vetorial .................................................................... 211 5.4.18.2 Exercício 7 - Trabalhando com elementos do mapa ................................ 214 5.4.18.3 Exercício 8 – Opções avançadas para edição e visualização de dados no
ArcMap.................................................................................................................... 218 5.4.18.4 Exercício 9 – Funções de análise espacial .............................................. 224 5.4.18.4.1 Seleção interativa ............................................................................. 224 xiii
5.4.18.4.2 Sintaxe SQL ...................................................................................... 224 5.4.18.4.3 Seleção por atributos ........................................................................ 224 5.4.18.4.4 Inquirição espacial – Aplicação de vizinhança ................................. 225 5.4.18.4.5 Sobreposição de temas - CLIP ......................................................... 226 5B6 BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................. 227 xiv
1 FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFIA
0B
Uma vez que o produto final da operação de
receptores de sinal GPS são coordenadas, cabe ao
operador possuir o conhecimento básico dos elementos de Cartografia envolvidos, para que possa fazer
uma leitura correta do dado gerado, bem como, avaliar se a informação que está sendo fornecida pelo
aparelho supre suas necessidades.
Cada um dos tópicos aqui apresentados não
tem a intenção de abordar a plenitude do conhecimento existente sobre a referida área. No entanto,
acredita-se que o texto apresentado irá proporcionar
o conhecimento básico necessário para a manipulação adequada da tecnologia de Posicionamento
Global.
A Cartografia trata de representar na forma
de mapas e plantas o conhecimento humano sobre a
superfície do planeta. Uma vez que estas representações se dão em elementos planos (mapas e cartas), o homem criou metodologias e conceitos para transcrever aquilo que observamos em uma superfície não plana (a Terra), para estes documentos.
1.1 Introdução a Cartografia
7B
O objeto da Cartografia consiste em reunir e analisar dados das diversas regiões da terra, e representar graficamente em escala reduzida, os
elementos da configuração que possam ser claramente visíveis. Para pôr
em evidência a configuração da superfície terrestre, o instrumento principal
do cartógrafo é o mapa. Mas, outras representações, tais como modelos de
relevo, globos, fotografias aéreas, imagens de satélite e cartogramas, são
assuntos próprios para serem tratados em Cartografia.
Definimos um mapa como uma representação convencional da
configuração da superfície da terra. Toda a representação está numa proporção definida com o objeto representado. Esta proporção é chamada de
escala. Ou ainda, pode-se definir um mapa como um desenho seletivo,
convencionado e generalizado de uma região com grande área, comumente
da superfície terrestre, como se fosse vista de cima e numa escala muito
reduzida. A maioria dos mapas recebe inscrições, isto é, são dados nomes
as feições representadas, e são relacionados a um sistema de coordenadas.
Em geral, os mapas têm as seguintes finalidades:
⇒ obter informações sobre a distribuição espacial dos fenômenos,
como solos, precipitação, uso da terra, densidade demográfica, etc.;
⇒ discernir relações espaciais entre os vários fenômenos;
⇒ coletar, através de medições, dados necessários às análises
geográficas, propiciando informações para a descrição e análises estatísticas.
Atualmente, outros produtos são considerados valiosos em Cartografia, tais como:
Globo - representação cartográfica sobre uma superfície esférica,
em escala pequena, dos aspectos naturais e artificiais de uma figura planetária, com finalidade cultural e ilustrativa.
Mapa - representação no plano, geralmente em escala pequena,
dos aspectos geográficos, naturais, culturais e artificiais de uma área tomada na superfície de uma figura planetária, delimitada por elementos físicos,
político-administrativos, destinada aos mais variados usos, temáticos, culturais e ilustrativos.
Carta - representação no plano, em escala média ou grande, dos
aspectos artificiais e naturais de uma área tomada de uma superfície planetária, subdividida em folhas delimitadas por linhas convencionais (paralelos
e meridianos) com a finalidade de possibilitar a avaliação de pormenores,
com grau de precisão compatível com a escala.
Planta - é um caso particular de carta. A representação se restringe a uma área muito limitada e a escala é grande, consequentemente o
número de detalhes é bem maior.
Fotografia Aérea - são produtos obtidos ao nível suborbital, muito
utilizados para elaboração e ou atualização de documentos cartográficos de
média a grande escala.
Mosaico - é o conjunto de fotos de uma determinada área, recortadas e montadas técnica e artisticamente, de forma a dar a impressão que
todo o conjunto é uma única fotografia.
Ortofotocarta - é uma fotografia resultante da transformação de
uma foto original, que é uma perspectiva central do terreno, em uma proje16
Fundamentos de Cartografia
ção ortogonal sobre um plano, complementada por símbolos, linhas e quadriculagem, com ou sem legenda, podendo conter informações planimétricas.
Fotoíndice - montagem por superposição das fotografias, geralmente em escala reduzida. Normalmente a escala do fotoíndice é reduzida
de 3 a 4 vezes em relação a escala de vôo.
Imagem de Satélite - são produtos obtidos ao nível orbital, muito
utilizados para elaboração e ou atualização de documentos cartográficos em
escalas variadas.
Carta-Imagem - são imagens de satélite montadas no formato de
folhas de carta, onde informações de coordenadas e toponímia é acrescentada sobre a imagem.
Atlas - Uma coleção de mapas comumente publicados em uma
linguagem com as mesmas convenções e projeções, mas não necessariamente na mesma escala é chamada de "Atlas". Um tipo de Atlas que merece destaque é o escolar. Estes Atlas apresentam uma grande diversidade
de mapas; aspectos geológicos, geomorfológicos, solos, climáticos, políticos, estrutura viária e econômicos, etc. Este tipo de Atlas tem três funções
básicas: fonte de informação, fornecer as configurações geográficas e estimular o interesse dos alunos.
1.2 Princípios Teóricos
8B
Apesar de se assumir que a forma da Terra é redonda, em estudos
onde se exige precisão de posicionamento, como é o caso da maioria das
representações da superfície terrestre em mapas e cartas, deve-se considerar mais cuidadosamente as pequenas diferenciações da sua forma.
No século XVII, Isaac Newton demonstrou que não sendo a Terra
um corpo rígido e estando animada de um movimento de rotação, ela não
deveria possuir uma forma esférica e sim, a de um elipsóide de revolução,
sendo achatada nos pólos.
Por meio de triangulações geodésicas, pôde-se verificar que a Terra não possuía uma forma elipsoidal perfeita, mas sim a de um geóide, que
não pode ser descrita de forma matemática simples, mas que pode ser
determinada a partir de medidas da aceleração da gravidade nos mais diversos pontos da superfície da Terra. Numa primeira aproximação, o geóide
seria a forma que a Terra teria se sua superfície fosse completamente co-
17
berta com água, pois esta se molda de acordo com a aceleração da gravidade em cada ponto.
Com o lançamento de satélites artificiais foi possível determinar
com melhor precisão o geóide, através das anomalias observadas no movimento destes satélites e provocadas pela distribuição não uniforme da massa terrestre. O geóide difere muito pouco das formas elipsoidal e esférica,
quando se considera que o valor do raio terrestre é muito maior do que a
diferença entre o geóide e estas duas formas. Por isto, pode-se sem muito
erro dizer que a Terra é praticamente esférica.
A forma da Terra, girando em torno de seu eixo e movendo-se dentro do Sistema Solar do qual faz parte, é resultado da interação de forças
internas e externas tais como: gravidade, força centrífuga, constituição diferente dos materiais que a formam, etc.
As forças tectônicas, por exemplo, são forças internas que provocam modificações na superfície do globo terrestre tais como: dobramentos,
falhamentos, terremotos, surgimento de vulcões. A ação dessas forças
produz sobre a superfície terrestre uma série de irregularidades como: montanhas, vales, planaltos, etc. que formam a superfície topográfica da Terra.
Essas irregularidades são muito pequenas se comparadas ao tamanho e
volume total da Terra, entretanto, essa superfície aparente é de grande
importância para o topógrafo, geodesista, etc., pois é sobre essa superfície
que são realizadas as medições e os estudos para as diversas finalidades.
Devido a esses acidentes e irregularidades, a superfície da Terra
não tem uma forma simples que possa ser expressa em termos matemáticos. A fim de simplificar o cálculo de coordenadas da superfície terrestre,
foram adotadas algumas superfícies matemáticas simples que se aproximam em maior ou menor grau do real. Uma primeira aproximação seria uma
esfera. Porém, a esfera seria suficientemente aproximada para solucionar
com a precisão requerida, alguns problemas como, por exemplo: cálculos
astronômicos, navegação e solução de cálculos geodésicos usando a trigonometria esférica. Entretanto, a Terra não é exatamente uma esfera, sendo
achatada nos pólos e abaloada próximo ao Equador.
Segundo GAUSS (1777-1855), a forma do planeta, em uma definição mais rudimentar, é representada pela superfície delimitada pelo nível
médio dos mares, não perturbados por ventos e correntezas, já que estes,
ocupam aproximadamente 72% da superfície do planeta. Esta superfície é
denominada geóide, o qual é definido como o sólido formado pelo nível
médio dos mares supostamente prolongado por sob os continentes.
18
As diversas matérias que compõem a superfície possuem diferentes densidades, fazendo com que, em função disso, a força gravitacional
atue com maior ou menor intensidade em locais diferentes. As águas do
oceano procuram uma situação de equilíbrio, ajustando-se às forças que
atuam sobre elas, inclusive no seu suposto prolongamento. A interação de
forças buscando equilíbrio faz com que o geóide tenha o mesmo potencial
gravimétrico em todos os pontos de sua superfície, resultando em ondulações e depressões.
Considerando a necessidade de se definir matematicamente a forma do planeta, para as diferentes aplicações das atividades humanas, surge
como problema o alto grau de complexidade da representação matemática
do geóide, assim, por não ser uma superfície perfeitamente lisa, que possa
ser definida matematicamente, o geóide também não serve para que se
defina a forma do planeta, sendo utilizado apenas para nivelamento geodésico.
É preciso então buscar um modelo mais simples para representar o
nosso planeta. Para contornar o problema lançou-se mão de uma figura
geométrica chamada elipse que ao girar em torno do seu eixo menor forma
um volume, o elipsóide de revolução. Assim, o elipsóide é a superfície de
referência utilizada em todos os cálculos básicos que fornecem subsídios
para a elaboração de uma representação cartográfica. Essa é então a superfície matemática que mais se aproxima da superfície real da Terra (Figuras 1.1, 1.2 e 1.3).
Figura 1.1. Diferentes modelos de representação da superfície terrestre.
19
O geóide é, então, a forma adotada para a Terra, sendo sobre esta
superfície realizada todas as medições. Como o geóide é uma superfície
irregular, de difícil tratamento matemático, foi necessário adotar, para efeito
de cálculos, uma superfície regular que possa ser matematicamente definida. A forma matemática assumida para cálculos sobre o geóide é o elipsóide de revolução, gerado por uma elipse rotacionada em torno do eixo menor
do geóide.
Figura 1.2. Superfície da Terra, Geóide e Elipsóide
Figura 1.3. A terra e os modelos de representação.
O geóide (Figura 1.4) tem sua forma definida a partir de estudos
gravimétricos, sendo por definição uma superfície onde todos os pontos têm
igual valor de aceleração da gravidade, ou seja, superfícies equipotenciais
(Figura 1.5). O fio de prumo é atraído pela força gravitacional terrestre sendo perpendicular ao geóide sob o ponto da superfície onde se encontra.
Como vimos, medições e levantamentos feitos na superfície terrestre (geóide) são matematicamente solucionados no elipsóide. Os sistemas
geodésicos buscam uma melhor correlação entre o geóide e o elipsóide,
elegendo um elipsóide de revolução que melhor se ajuste ao geóide local,
20
estabelecendo a origem para as coordenadas geodésicas referenciadas a
este elipsóide, através dos datum horizontal e vertical.
Figura 1.5. Superfícies equipotenciais.
Figura 1.4. Superfície irregular do geóide.
(http://www.esteio.com.br , 12/07/2009)
Em geral, cada país ou grupo de países adotou um elipsóide (Figura 1.6) como referência para os trabalhos geodésicos e topográficos. São
usados elipsóides que mais se adaptem às necessidades de representação
das regiões ou continentes.
Figura 1.6. Representação do Elipsóide.
Para definir um elipsóide necessita-se conhecer os seus parâmetros, ou seja, o seu semi-eixo maior (a) e o semi-eixo menor (b) ou o achatamento (e). O achatamento pode ser calculado por: e = a-b/a. A posição
deste elipsóide em relação à Terra, bem como sua forma e tamanho, constituem um conjunto de parâmetros que são usualmente denominados Datum
Geodésico.
21
Datum - É um conjunto de pontos e seus respectivos valores de
coordenadas, que definem as condições iniciais para o estabelecimento de
um sistema geodésico. Com base nessas condições iniciais, um sistema
geodésico é estabelecido através dos levantamentos geodésicos. Um sistema geodésico é um conjunto de estações geodésicas (marcos) e suas
coordenadas.
Um Datum (pl. Data) é constituído pela adoção de um elipsóide de
referência que representará a figura matemática da Terra, um Ponto Geodésico Origem e um Azimute inicial para fixar o sistema de coordenadas na
Terra e servir como marco inicial das medidas de latitudes e longitudes. O
critério para a escolha do Ponto Geodésico Origem é a máxima coincidência
entre a superfície do geóide e do elipsóide. Portanto, um mesmo ponto do
terreno terá valores de coordenadas diferentes quando referido aos diferentes Data.
Datum Planimétrico (horizontal) - é o ponto de referência geodésico
inicial que representa a base dos levantamentos horizontais, ou seja, é
definido por um conjunto de parâmetros, e é um ponto de referência para
todos os levantamentos cartográficos sobre uma determinada área. A localização ideal do ponto seria onde houvesse coincidência entre o geóide e o
elipsóide (h=0).
Existem dois tipos de Data horizontais: Globais - quando o elipsóide for global e não tiver ponto de amarração sobre a superfície terrestre que
não os definidos no sistema. Os Locais - quando o elipsóide for local, neste
caso deve possuir parâmetros diferenciais.
Existem muitos elipsóides representativos da forma da Terra, que
foram definidos em diferentes ocasiões e por diferentes autores. Dentre eles
os mais comuns são:
No Brasil são quatro os Data mais utilizados: SAD69, SIRGAS
2000 são os data planimétricos oficiais; Córrego Alegre, que é o datum local
mais antigo, sendo comum encontrar trabalhos neste sistema, como por
exemplo, as cartas na escala 1:50.000 do mapeamento sistemático; e o
WGS84, que é o datum mundial (global) utilizado pelo sistema GPS.
O WGS84 é dito um Datum global e geocêntrico, pois o elipsóide
adotado (GRS80) ajusta-se à Terra como um todo e a origem dos seus
eixos coordenados é no centro de massa da Terra. No datum global o elipsóide é fixado à Terra pelo Equador e o Meridiano de Greenwich (não necessita de Ponto Geodésico Origem nem de Azimute inicial). Veja o Quadro
01 para alguns Data.
22
Ao longo do tempo foram testados vários elipsóides de revolução
para melhor definir a Terra. Com instrumentos geodésicos cada vez mais
precisos, a cada reunião da UGGI, novos valores de elipsóide são propostos
para melhor definir a Terra como um todo. Entretanto, cada parte da Terra
possui suas particularidades físicas. Assim, definem-se elipsóides globais
que melhor representam a Terra como um todo e elipsóides locais que melhor se ajustam a determinados continentes ou parte da Terra.
Quadro 01. Data usuais.
Semi-eixo
maior a (m)
Semi-eixo
menor b (m)
Local de
Adoção
Bukit Rimpah
American Samoa 1962
6.377.484
6.356.165
Alemanha
6.378.206
6.356.584
EUA
Afgooye
6.378.245
6.356.863
Russia
Córrego Alegre
6.378.388
6.356.912
Brasil (Antigo)
Brasil (Atual)
Elipsóide
Datum
Bessel 1841
Clarke 1866
Krassovsky
1940
Hayford Internacional 1924
UGGI-67
SAD-69
6.378.160
6.356.775
UGGI-79
WGS-84
6.378.137
6.356.752
Globo
GRS80
SIRGAS 2000
6.378.137
6.356.752
Américas
Coordenadas definidas em elipsóide globais são menos ajustadas
a determinados locais da Terra que as coordenadas definidas em elipsóides
locais. Porém, para outros continentes, coordenadas definidas em elipsóides locais podem produzir grandes distorções. A definição de um elipsóide
internacional seria um absurdo, se a tal definição tivesse qualquer importância prática. Na realidade a substituição de um elipsóide por outro modifica
muito pouco as cartas e mapas de escala pequena (menor do que
1:100.000).
Datum Altimétrico (vertical) - é a superfície formada pelo nível médio do mar, definida através de um marégrafo estável, a partir de longos
períodos de observação para estabelecer a altitude zero. As altitudes são
calculadas partindo-se do Datum Altimétrico.
No Brasil - Marégrafo de Imbituba (SC) - 1958 - A altitude do ponto
de origem (RN 4X) em relação ao nível médio do mar local: 8,6362 m.
O Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) é constituído por cerca de
70.000 estações implantadas pelo IBGE em todo o Território Brasileiro,
divididas em três redes:
23
- Planimétrica: latitude e longitude de alta precisão
- Altimétrica: altitudes de alta precisão
- Gravimétrica: valores precisos de aceleração gravimétrica
É importante estar sempre atento às informações constantes nas
legendas dos mapas utilizados, pois para uma mesma área podem existir
mapas em sistemas geodésicos diferentes, já que muitos mapas utilizados
ainda hoje, no Brasil, são anteriores a década de 1980 e, portanto estão
referenciados ao Datum Córrego Alegre.
Apesar da proximidade entre os sistemas Córrego Alegre e SAD-69
ser grande, o fato de não se efetuar as transformações devidas para a compatibilização dos documentos utilizados, pode introduzir erros da ordem de
10 a 80 metros, o que pode ser significativo dependendo do objetivo do
trabalho e/ou escala utilizada.
A transformação de um datum para outro, pode ser realizada através de rotinas computacionais que estão incluídas, atualmente, na maioria
dos sistemas computacionais em uso.
Convém também destacar, que é necessária muita atenção, quando da utilização de GPS na aquisição de dados, para que o equipamento
esteja corretamente configurado. Normalmente o GPS está configurado
para um sistema global, de uso internacional, como é o caso do WGS-84.
Sendo o geóide um modelo matemático de desenvolvimento complexo, pois sua forma exata depende de características gravimétricas, foi
novamente conveniente adotar-se a figura do elipsóide de revolução. No
entanto, deve se levar em consideração que ambos não são totalmente
coincidentes, o que leva a necessidade de se conhecer a ondulação geoidal
N de cada local (Figura 1.7), onde se deseje determinar a altitude local a
partir de um ou de outro modelo.
Figura 1.7. Representação aproximada da ondulação geoidal.
24
A relação N= h-H é utilizada para determinar o valor de N quando
se conhece a altitude elipsoidal h (sobre o elipsóide) e a altitude ortométrica
H (sobre o geóide) do ponto considerado.
1.3 Localização
9B
A Terra possui um movimento de rotação que se processa em torno de um eixo imaginário. Os pontos de interseção deste eixo de rotação
com a superfície terrestre são os pólos geográficos. Podemos traçar na
Terra um círculo perpendicular ao eixo de rotação e que divide a Terra em
duas metades iguais ou hemisférios. Este círculo máximo é chamado de
equador terrestre ou equador geográfico. Todos os círculos menores que
podemos traçar na Terra, paralelos ao equador, são denominados paralelos
de latitude terrestre ou geográfica. É possível também traçar outros círculos
máximos (que dividem também a Terra em hemisférios), perpendiculares ao
equador terrestre. Estes círculos são chamados de meridianos terrestres ou
geográficos. Através destes círculos, podemos determinar as coordenadas
geográficas de um lugar.
Assim como as pessoas se utilizam de pontos de referência para
se localizar, foi criado um sistema de pontos de referência para localizar
qualquer lugar da Terra em um globo ou mapa, que são os sistemas de
coordenadas. Eles resultam do desenvolvimento de técnicas cartográficas
para a elaboração de mapas, e são linhas neles traçadas com o objetivo de
determinar a posição absoluta dos diversos lugares da Terra.
O Sistema de coordenadas da Terra baseia-se na rede de coordenadas cartesianas. Este sistema foi traçado considerando a Terra como
uma esfera perfeita. Assim, os pólos foram definidos como os pontos de
interseção do eixo de rotação da Terra com a sua superfície e o equador é o
raio máximo do planeta.
Para que cada ponto da superfície terrestre possa ser localizado,
existe um sistema de coordenadas (linhas imaginárias), que são representadas em um mapa ou carta. Um objeto geográfico qualquer somente poderá ser localizado se pudermos descrevê-lo em relação a outro objeto cuja
posição seja previamente conhecida.
Os meridianos são as linhas que passam através dos pólos e ao
redor da Terra, ou seja, são círculos máximos da esfera cujos planos contêm o eixo de rotação ou eixo dos pólos. Decidiu -se que o ponto de partida
para a numeração dos meridianos seria o meridiano que passa pelo obser25
vatório de Greenwich, na Inglaterra. Portanto, o meridiano de Greenwich é o
meridiano principal (Figura 1.8). A leste de Greenwich os meridianos são
medidos por valores crescentes até 180º e, a oeste, suas medidas são decrescentes até o limite de – 180º.
Os paralelos são círculos da esfera cujo plano é perpendicular ao
eixo dos pólos. O equador é o paralelo que divide a Terra em dois hemisférios. O 0º corresponde ao equador, o 90º ao pólo norte e o – 90º ao pólo sul
(Figura 1.9).
Figura 1.8. Meridianos.
Figura 1.9 Paralelos.
O valor da circunferência dos paralelos varia conforme a latitude
geográfica. A mesma pode ser determinada por: C P = C E Cos Φ, onde C P é
o valor da circunferência no paralelo desejado, C E é o valor da circunferência no equador terrestre (40.000 km) e Φ é a latitude geográfica do lugar.
R
R
R
R
R
R
R
R
1.3.1 Sistema de Coordenadas Geográficas
37B
O sistema de coordenadas geográficas constitui-se um sistema eficiente para a localização inequívoca da posição de objetos, fenômenos e
acidentes geográficos na superfície terrestre. Neste sistema a Terra é dividida em círculos paralelos ao equador chamados Paralelos e em elipses
que passam pelos pólos terrestres (perpendiculares aos paralelos) chamadas Meridianos. Cada ponto da Terra tem um único conjunto de coordenadas geodésicas definidas por Latitude e Longitude (Figuras 1.10 e 1.11).
26
Figura 1.10. Origem das coordenadas geodésicas.
(http://pt.wikipedia.org , 30/05/2009)
Figura 1.11. Sistema de coordenadas geográficas. (Rosa, 2004)
Latitude Geográfica ou Geodésica (ϕ): é o ângulo entre a normal
ao elipsóide no ponto considerado e sua projeção no plano equatorial. Dito
de outra maneira, latitude geográfica é o ângulo (medido ao longo do meridiano que passa pelo lugar) formado entre o equador terrestre e o ponto
considerado.
Todos os pontos do equador terrestre têm latitude geográfica igual
a 0º. Pontos situados ao norte do equador têm latitudes maiores que 0º
variando até 90º que é a latitude do pólo geográfico norte. Da mesma forma
varia as latitudes ao sul do equador terrestre, desde 0º a 90º, latitude do
pólo geográfico sul. Para se diferenciar os valores, atribui-se sinal positivo
para as latitudes norte e negativo para as latitudes sul.
A latitude é um elemento importante para explicar as diferenças
térmicas, isto é, as diferenças de temperatura na superfície terrestre. As
27
temperaturas diminuem do Equador para os pólos. Assim, quando menor a
latitude, maior a temperatura.
Longitude Geográfica ou Geodésica (λ): é o ângulo entre os planos do meridiano de Greenwich e do meridiano que passa pelo ponto considerado, sendo positiva a Leste (0 a +180°) e negativa a Oeste (0 a -180°).
1.3.2 Sistema de Coordenadas Tridimensionais (X, Y e Z)
38B
O sistema de coordenadas tridimensionais é constituído de três eixos cartesianos ortogonais (X, Y e Z), muito utilizados pelos satélites artificiais (GPS) para cálculo de posições, utilizando geometria tridimensional
(Figura 1.12). As principais características do sistema são:
a) Origem dos eixos no centro de massa da Terra (Geocêntrico);
b) Eixo X coincidente com o traço do meridiano de Greenwich no
plano do Equador;
c) Eixo Y ortogonal a X no plano do Equador 90° anti-horário;
d) Eixo Z coincide com o eixo de rotação da Terra.
Figura 1.12. Eixos cartesianos X, Y e Z.
(http://www.feiradeciencias.com.br/sala19/image19/19_71a_01.gif , 30/05/2009)
1.3.3 Sistemas de Coordenadas Planas Cartesianas
39B
O sistema de coordenadas esféricas, apesar de localizar pontos inequivocamente na superfície elipsóidica, se mostrou pouco prático para
trabalhar com mapas planos, e assim foram estabelecidos sistemas de
coordenadas planas cartesianas associadas às projeções cartográficas. Os
sistemas de coordenadas planas cartesianas têm a origem dos eixos coor28
denados estabelecidas em certos paralelos e meridianos terrestres e as
coordenadas do sistema são medidas em metros, e não em graus. A coordenada X é chamada falso Este (E) e a coordenada Y é chamada falso
Norte (N). Cabe ressaltar que as coordenadas planas estão estritamente
associadas ao sistema de projeção do mapa. Cada coordenada plana corresponde a uma coordenada geográfica que foi transformada pelas equações do sistema de projeção.
1.3.4 Sistema de Projeção Cartográfica
40B
Para entender o que são projeções cartográficas, é necessário
lembrar de que o planeta tem a forma arredondada e que o mapa é desenhado sobre uma folha de papel, isto é, numa superfície plana. Por isso
foram criadas as projeções cartográficas, que permitem representar uma
realidade esférica numa superfície plana. A Terra é redonda, mas os papéis
são planos. Representar em um desenho a superfície do planeta obriga,
então, a admitir imperfeições (Figura 1.13).
As projeções cartográficas são, portanto, formas ou técnicas de representar a superfície terrestre em mapas. Essas técnicas ajudam os cartógrafos a amenizar o problema do arredondamento do planeta na elaboração
de mapas. Quando representamos uma área pequena, por exemplo, uma
cidade, um bairro, uma fazenda, a projeção cartográfica não é tão importante, no entanto, não podemos ignorá-la quando da representação de grandes
áreas, como por exemplo, um estado um país.
Uma projeção cartográfica consiste
num conjunto de linhas (paralelos e meridianos), que formam uma rede, sobre a qual são
representados os elementos do mapa.
Todos os mapas e/ou cartas são representações aproximadas da superfície terrestre, uma vez, que a forma esférica da Terra
é desenhada sobre uma superfície plana. A
elaboração de um mapa/carta consiste em um
método pelo qual se faz corresponder a cada
ponto da superfície terrestre, como sendo a
Figura 1.13. Planificação
um ponto no mapa. Para se obter esta corda superfície terrestre.
respondência utilizam-se os sistemas de pro(http://www.esteio.com.br ,
jeções cartográficas. Os sistemas de proje12/07/2009)
29
ções cartográficas são classificados quanto ao tipo de superfície adotada e
pelo grau de deformação da superfície.
1.3.4.1 Tipo de Superfície Adotada
Quanto ao tipo de superfície adotada, são classificadas em: cilíndricas, planas ou azimutais e cônicas, segundo representem a superfície
curva da Terra sobre um cilindro, um plano, um cone ou um poliedro tangente ou secante à esfera terrestre (Figura 1.14).
Projeção Plana ou Azimutal - o mapa é construído imaginando-o
situado num plano tangente ou secante a um ponto na superfície da Terra.
Ex. Projeção Esterográfica Polar.
Projeção Cônica - o mapa é construído imaginando-o desenhado
num cone que envolve a esfera terrestre, que é em seguida desenrolado. As
projeções cônicas podem ser também tangentes ou secantes. Nas projeções cônicas os meridianos são retas que convergem em um ponto e todos
os paralelos, circunferências concêntricas a esse ponto. Ex. Projeção Cônica de Lambert.
Projeção Cilíndrica - o mapa é construído imaginando-o desenhado num cilindro tangente ou secante à superfície da Terra, que é depois
desenrolado. Pode-se verificar que em todas as projeções cilíndricas, os
meridianos bem como os paralelos são representados por retas perpendiculares. Ex. Projeção Mercator.
Figura 1.14. Classificação das projeções quanto ao tipo de superfície adotada. (http://www.esteio.com.br , 12/07/2008)
30
1.3.4.2 Grau de Deformação da Superfície
10BU
Quanto ao grau de deformação das superfícies representadas, são
classificadas em: conformes ou isogonais, equivalentes ou isométricas e
eqüidistantes.
Projeções Conformes ou Isogonais - possuem a propriedade de
não deformar os ângulos de pequenas áreas. Nestas projeções os paralelos
e os meridianos se cruzam em ângulos retos, e a escala em torno de um
ponto se mantém para qualquer direção. Porém, ao se manter a precisão
dos ângulos, distorce-se a forma dos objetos no mapa. Ex. Mercator
Projeções Equivalentes ou Isométricas - não deformam áreas,
conservando uma relação constante, em termos de área, com a superfície
terrestre. Devido a suas deformações não são adequadas à Cartografia de
base, porém são muito utilizadas para a Cartografia temática. Ex. Azimutal
de Lambert
Projeções Eqüidistantes - são as projeções que não apresentam
deformações lineares, ou seja, os comprimentos são representados em
escala uniforme. Esta condição só é conseguida em determinada direção.
Estas projeções são menos empregadas que as projeções conformes e
equivalentes, porque raramente é desejável um mapa com distâncias corretas apenas em uma direção. Ex. Cilíndrica Eqüidistante.
Projeções Afiláticas - não possui nenhuma das propriedades dos
outros tipos, isto é, equivalência, conformidade e equidistância, ou seja, as
projeções em que as áreas, os ângulos e os comprimentos não são conservados.
Todos os sistemas de projeções apresentam deformações, já que
não é possível "achatar" uma superfície esférica em uma superfície plana
sem a deformar. Estas deformações podem ser lineares, angulares, superficiais ou, uma combinação destas três.
O importante é ter-se a capacidade de decidir a melhor projeção
para a aplicação que se deseja, analisando-se as propriedades geométricas
oferecidas por cada projeção, de modo a preservar as características mais
importantes para cada tipo de uso, pois, freqüentemente precisamos conhecer a distância entre lugares, a área de cidades, estados, países, ou outras
parcelas de terra.
Todo o mapa apresenta algum tipo de distorção, que depende da
natureza do processo de projeção. Dependendo do objetivo do mapa, estas
distorções podem ser minimizadas quanto à forma, área, distância ou dire31
ção. Portanto, quando utilizamos mapas, devemos procurar escolher as
projeções que preservem as características mais importantes para o nosso
estudo e que minimizem as outras distorções.
Normalmente em um país, é utilizado um conjunto padrão de projeções, previamente definido, para atender às demandas específicas de utilização e à representação em escala. No Brasil, para o mapeamento sistemático, utiliza-se o seguinte padrão para projeções:
⇒ Escala 1:25.000 a 1:250.000 - Projeção UTM
⇒ Escala 1:500.000 a 1:1.000.000 - Projeção Conforme de Lambert
⇒ Escala 1:5.000.000 - Projeção Policônica.
A seguir apresentamos alguns tipos de projeções cartográficas
mais usadas na elaboração de mapas:
Projeção de Mercator (conforme) - Também conhecida como Projeção Cilíndrica de Mercator, procura traçar um mapa de toda a superfície
terrestre. Ela reproduz bem o tamanho e o formato das áreas situadas na
zona intertropical, mas exagera na representação das áreas temperadas e
polares. Para se ter uma idéia desses exageros, basta observarmos um
Mapa Mundi, onde a Groenlândia, parece ter a mesma área que a do Brasil,
quando na verdade é cerca de quatro vezes menor.
Projeção de Peters - Essa projeção tem como objetivo fazer uma
projeção oposta a de Mercator. Procura fazer um retrato mais ou menos fiel
do tamanho das áreas, só que acaba muitas vezes distorcendo as formas.
Na verdade, essa projeção não se preocupa com a forma, mas com a proporção, isto é, com o tamanho relativo de cada área, trata-se de uma projeção equivalente.
Projeção Plana ou Polar - Segundo esta projeção, as diversas
partes da superfície terrestre estariam supostamente dispostas num plano,
que está centrado num ponto qualquer do globo. Esta projeção tem a vantagem nas áreas próximas do centro ficam muito bem representadas, bem
detalhadas, mas as áreas distantes vão ficando cada vez mais distorcidas.
Projeção de Aittof - Essa projeção é um meio termo entre as projeções de Mercator e Peters. Essa projeção é muito usada na representação
dos mapas mundi.
Projeção Policônica (afilática) - Apropriada para uso em países ou
regiões de extensão predominantemente norte-sul e reduzida extensão
este-oeste. É amplamente utilizada nos EUA. No Brasil é utilizada em mapas da série Brasil, regionais, estaduais e temáticos. Não é conforme nem
32
equivalente, só tem essas características próxima ao Meridiano Central.
Apresenta pequena deformação próxima ao centro do sistema, mas aumenta rapidamente para a periferia.
Projeção Cônica Conforme de Lambert (conforme) - A existência
de duas linhas de contato com a superfície nos fornece uma área maior com
baixo nível de deformação. Isto faz com que esta projeção seja bastante útil
para regiões que se estendam na direção leste-oeste, porém pode ser utilizada em quaisquer latitudes. A partir de 1962, foi adotada para a Carta
Internacional do Mundo ao Milionésimo.
Existem ainda outros tipos de projeções, mas estas são as mais
usadas atualmente, embora todas tenham aspectos positivos e negativos.
Nenhuma projeção é melhor ou pior que as outras. A escolha de uma delas
vai depender da finalidade do mapa: viajar, comparar áreas, navegar, etc.
1.4 Sistema de Coordenadas UTM
10B
A projeção adotada no Mapeamento Sistemático Brasileiro é o Sistema Universal Transverso de Mercator (UTM), que é também um do mais
utilizados no mundo inteiro para cartografia sistemática recomendada pela
União da Geodésia e Geofísica Internacional (UGGI). A projeção UTM é um
caso particular da Projeção Transversa de Mercator com as características
abaixo:
a) A superfície de projeção é um cilindro cujo eixo é perpendicular
ao eixo polar terrestre. É uma projeção conforme, portanto mantém os ângulos e a forma das pequenas áreas.
b) O Cilindro de projeção é secante ao elipsóide de revolução, segundo os meridianos, ao longo dos quais não ocorrem deformações de
projeção (K=1). As áreas entre os meridianos de secância sofrem reduções
de escala (K<1), enquanto as áreas fora dos meridianos de secância apresentam escalas ampliadas (K>1). Desta forma permite-se que as distorções
de escala sejam distribuídas ao longo do fuso de 6° (Figura 1.15).
33
Figura 1.15. Cilindro secante a Terra.
(http://www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/en/home/products/maps ,
10/06/2008)
c) O elipsóide terrestre é dividido em 60 fusos parciais com 6° de
amplitude cada um. O coeficiente de redução máxima ocorre ao longo do
meridiano central do fuso (MC) e tem o valor constante K=0,9996.
d) O Equador é uma linha reta horizontal, o Meridiano Central é
uma linha reta vertical, os paralelos são curvas de concavidade voltada para
os pólos e os meridianos são curvas de concavidade voltadas para o MC.
e) A origem do sistema cartesiano de coordenadas é formada pelo
meridiano central do fuso (eixo Y) cujo valor é E=500.000,00 metros, e pelo
Equador (eixo X) que tem valor N=0,00 metros, para coordenadas no hemisfério norte e N= 10.000.000,00 metros, para coordenadas no hemisfério sul.
f) As constantes de E=500.000 m e N= 10.000.000 m chamadas,
respectivamente, de Falso Este e Falso Norte visam evitar coordenadas
negativas.
Todas estas características estão representadas nas Figuras 1.16
e 1.17.
34
Figura 1.16. Fusos UTM e sobreposição de fusos nos pólos.
Em latitude, os fusos são limitados ao paralelo de 80 N e 80 S,
porque as deformações tornar-se muito acentuadas para latitudes superiores. As regiões polares devem ser representadas pela projeção Universal
Polar Estereográfica.
Como são 60 fusos para toda a Terra, cada fuso é numerado a partir do antimeridiano de Greenwich para a direita. No Brasil estão os fusos de
numeração de 18 a 25, com ordem crescente do Acre para o Oceano Atlântico (Figura 1.18).
35
Figura 1.17. Características do fuso UTM.
A simbologia adotada para as coordenadas UTM é: N - para as coordenadas norte-sul; e E - para as coordenadas leste-oeste. Logo, uma
localidade qualquer será definida no sistema UTM pelo par de coordenadas
E e N.
Cada fuso UTM possui meridiano central com uma taxa de deformação em escala o fator K = 0,9996 para pontos sobre o meridiano central
o qual recebe a designação de Ko. Para qualquer outro ponto dentro do
fuso o coeficiente de deformação linear é dado pela seguinte formulação:
K = K 0 /(1 − B 2 )1 / 2
B = cos(φ ) sen (λ − λ 0 )
36
Onde: λ0 é o meridiano central do fuso UTM, λ é o meridiano do
lugar, Φ é a latitude do lugar, K0 é o coeficiente de deformação linear no
meridiano central e K é o coeficiente de deformação linear do lugar.
Os sistemas de coordenadas comumente usados para representar
os dados espaciais são: latitude/longitude e UTM (Universal Transversa de
Mercator).
O conhecimento acerca do fuso é fundamental para o posicionamento correto das coordenadas do sistema UTM. O seu cálculo pode ser
efetuado facilmente através da seguinte fórmula:
Fuso = inteiro((180 ± λ )/6) + 1
Usa-se o sinal (+) para longitudes leste de Greenwich e (-) para
longitudes oeste de Greenwich.
Figura 1.18. Folhas na escala 1:1.000.000 que abrangem o Brasil.
37
1.5 Norte de quadricula, magnético e geográfico.
1B
Os meridianos do fuso ou zona da projeção formam um ângulo
com as linhas verticais da quadricula. Esse ângulo é nulo para o meridiano
central, mas vai aumentando com a diferença de longitude e também com a
latitude. Este ângulo foi chamado de convergência meridiana, a qual é
variável em relação à situação a cada ponto dentro da zona e representa,
para cada ponto, o ângulo formado entre as linhas que indicam o norte
geográfico e o norte da quadricula (Figura 1.19).
Figura 1.19. Tipos de Norte.
(http://www.vector.agr.br/rovane/faq/faq.htm ,12/08/2009)
Norte Geográfico: é a direção determinada pelo meridiano do ponto considerado.
Norte de Quadrícula: é a direção determinada por uma paralela
ao meridiano central no ponto considerado.
Norte Magnético: é a direção determinada pelo meridiano magnético no ponto considerado. A agulha da bússola aponta para esta direção
quando está sobre o ponto.
O ângulo formado entre o norte geográfico e o norte magnético é
chamado de declinação magnética. O ângulo formado entre o norte geográfico e o norte de quadrícula é chamado de convergência meridiana.
38
1.6 Mapeamento Sistemático Nacional
12B
O sistema de referência utilizado para as folhas topográficas e geográficas é baseado no sistema da Carta do Brasil ao Milionésimo. A Carta
do Brasil ao Milionésimo faz parte da Carta Internacional do Mundo (CIM),
na escala 1:1.000.000, para a qual foi adotada a Projeção Cônica Conforme
de Lambert, até as latitudes de 84º N e 80º S. Para as regiões polares foi
utilizada a Projeção Estereográfica Polar. Como sabemos, o sistema todo
abrange um fuso de 6º de longitude por 4º de latitude. Sabemos também
que os fusos são numerados em ordem crescente a partir do antimeridiano
de Greenwich de 0 até 60 e são escalonados para o sul em SA, SB, SC, etc.
e para o norte em NA, NB, NC, etc. Assim sendo, uma carta do mundo ao
milionésimo será denominada, por exemplo, como SA-23, NB-22, etc.
Porém, a área abrangida por uma carta na escala de 1:1.000.000
oferece poucos detalhes da superfície. Como solução, para aumentar os
detalhes, as escalas das cartas são ampliadas, para as escalas de:
1:500.000, 1:250.000, 1:100.000, 1:50.000, 1:25.000, etc executadas pelo
método aerofotogramétrico, segundo uma articulação sistemática padrão
formando uma grande série cartográfica.. Ampliando-se a escala os graus
de arco abrangidos pela carta/folha são diminuídos
Os mapas sistemáticos até a escala de 1:25.000, são considerados
um pré-requisito para o desenvolvimento do país. No Brasil os principais
órgãos executores de mapeamento sistemático são o Instituto Brasileiro de
Geografia e Estatística - IBGE e a Diretoria do Serviço Geográfico do Exercito - DSG. As escalas e articulações das folhas oficiais do mapeamento
sistemático são mostradas no Quadro 02.
Quadro 02. Características das Cartas Topográficas.
Escala
Área φ x λ
Medidas da
Folha no
Terreno (Km)
Folhas Contidas
na Carta ao
Milionésimo
Nomenclatura
1.000.000
4° x 6°
444,48 x 666,72
1
-
500.00
2° x 4°
222,24 x 333,36
4
V, X, Y, ou Z
250.000
1° x 1,5°
111,12 x 166,68
16
A, B, C, ou D
100.000
30' x 30'
55,56 x 55,56
96
I,II,III,IV,V ou VI
50.000
15' x 15'
27,78 x 27,78
384
1 ,2,3 ou 4
25.000
7,5' x 7,5'
13,89 x 13,89
1.536
NE, NO, SE ou SO
39
A Figura 1.20 seguir mostra a articulação das folhas UTM para
Camobi desde a escala de 1:1.000.000 até a escala de 1:25.000.
Figura 1.20 Exemplo de articulação das folhas UTM. (Sebem, 2008).
1.7 Conversões entre sistemas de referência
13B
O registro de dados da superfície a partir do sistema de coordenada UTM é um processo relativamente simples, sendo, portanto o sistema
mais utilizado. No entanto, todos os dados devem ser registrados no mesmo
sistema de coordenadas, caso contrário não será possível a sobreposição
e/ou cruzamento dos mesmos por meio de um SIG. A relação existente
40
entre os dois Data muito usuais no Brasil, o SAD69 e o WG84 está demonstrada na Figura 1.21.
Figura 1.21. Paralelismo entre os eixos cartesianos dos Data SAD69 e
WGS84.
Desta forma, para que uma coordenada tomada em WGS84 seja
plotada sobre uma carta em SAD69, ou vice-versa, esta coordenada deve
sofrer uma conversão de Datum.
Na obtenção de coordenadas em outros sistemas a partir de
SAD69, utilizam-se os seguintes parâmetros de transição apresentados no
Quadro 03.
Quadro 03: Diferenças entre os Data. (IBGE, 2005)
Parâmetros / Sistemas (m)
Córrego Alegre
SIRGAS 2000 / WGS-84
∆X
∆Y
∆Z
138
-164,4
-34
-67,35
3,88
-38,22
Estes parâmetros devem ser computados junto às coordenadas
cartesianas X, Y e Z no momento da conversão. Processo que é executado
automaticamente nos programas de posicionamento por GPS. O usuário
deverá ficar atento para o valor correto dos parâmetros acima, sobre prejuízo de um posicionamento incorreto com demonstra a Figura 1.22.
41
Figura 1.22. Erro de posicionamento. (http://www.esteio.com.br , 12/07/2008)
1.8 Uso de sistemas de coordenadas nas regiões polares
13B
A projeção UTM e seu sistema de coordenadas é utilizado entre as
latitudes 80° S e 84° N. Estes limites permitem o uso do sistema UTM na
quase totalidade das áreas continentais do hemisfério norte e na totalidade
das áreas continentais do hemisfério sul, com exceção da Antártida. Expor
detalhadamente os motivos desta diferença, além de extenso, seria tedioso
– geógrafos, geodesistas e cartógrafos discutiram bastante até adotarem
esta convenção que, como todas as convenções, mesmo tendo referências
técnicas, é, até certo ponto, arbitrária. Fica, porém, uma sugestão de fácil
realização: num globo terrestre de uso didático ou mesmo no Google Earth,
o leitor poderá observar que, no hemisfério norte, as terras continentais se
estendem até muito mais perto do respectivo pólo do que na correspondente situação no hemisfério sul. É este o principal motivo.
Para as latitudes superiores, o que equivale a dizer regiões polares
extremas, usa-se a projeção UPS (Universal Polar Stereographic). A
projeção UPS pode ser descrita como um sistema de coordenadas retangulares desenvolvido para uso nas regiões polares e que, na forma de expressão das coordenadas, se assemelha à projeção UTM. Num receptor GPS
de navegação configurado para indicação de coordenadas no formato
UTM/UPS, entre 80° S e 84° N a indicação será em coordenadas UTM.
Entre estas latitudes e os pólos, a indicação será em coordenadas UPS.
No sistema UPS, que é semelhante no Pólo Norte e no Pólo Sul, a
superfície de projeção é um plano perpendicular ao eixo de rotação da Terra
e os pólos são usados como origem das coordenadas. A fim de evitar o uso
42
de coordenadas negativas, atribui-se, para a origem, o valor 2.000.000 mE
(East / Leste) e 2.000.000 mN (North / Norte). Conforme figura 1.23.
Figura 1.23. Esquematização da origem das coordenadas UPS.
Na projeção UPS, N e E são uma mera convenção cartográfica para nomear os eixos. As duas projeções UPS estão centradas nos pólos e
apenas uma regra de memorização é suficiente para determinar a disposição dos eixos: nos dois pólos, o eixo E da Projeção UPS cresce na direção
do meridiano 90°. Com isso, a amarração dos eixos aos outros meridianos
fica completamente definida.
43
Exatamente no Pólo Sul, a indicação de um receptor GPS configurado para indicação em coordenadas UTM/UPS seria UPS, 2.000.000 mE e
2.000.000 mN. Configurado para coordenadas geográficas, indicaria
90°00’00” S para latitude (se for selecionada o formato de coordenadas ddd
mm ss.s – indicação de graus, minutos, segundos e décimos de segundo).
A indicação de longitude dependeria do modelo e do fabricante mas, de
qualquer forma, seria irrelevante (como todos os meridianos se encontram
no Pólo Sul e no Pólo Norte, qualquer valor de longitude estaria correto).
Cabe ressaltar que a distância equivalente a um arco de 1° de latitude é praticamente constante, mas que a distância equivalente a 1° de
longitude diminui a medida que aumentam as latitudes. Isto afeta o tamanho
de diversas cartas topográficas. Por exemplo, cartas em escala 1:50.000
(cobertura 15’ X 15’ no Mapeamento Sistemático Terrestre Brasileiro) que
representam áreas próximas ao Equador são praticamente “quadradas” ,
enquanto que cartas de latitudes maiores se parecem com retângulos com a
base mais estreita que a altura. Em áreas em latitudes bastante elevadas, é
comum a existência de cartas em escala 1:50.000 e na projeção UTM que
cubram, por exemplo, 15’ X 30’, 15’ X 45’ e até mesmo 15’ X 1°00’ – em
geral, dentro de um mesmo fuso UTM. Obviamente, em outras escalas
também pode ocorrer a ampliação da cobertura longitudinal.
1.9 Precisão e acurácia
13B
Para muitas pessoas, acurácia e precisão significam a mesma coisa. Para alguém envolvido em medições estes dois termos têm significados
bem diferentes. Medições por sua natureza, são inexatas, a dimensão desta
falta de exatidão é o erro. Isto é diferente do erro sistemático, o qual é a
introdução de um erro que pode ser rastreado até sua fonte, podendo ser
detectado, quantificado e corrigido. Um erro sistemático é uma espécie de
engano na técnica de medição, como ler de maneira errada uma escala ou
ajustar erroneamente o aparelho que será utilizado para tomar as medidas.
Erros são inerentes ao processo de medição, e incorporam coisas como a
precisão dos instrumentos de medida, seu correto ajustamento, e uso adequado do equipamento.
Uma analogia utilizada para explicar as diferenças entre precisão e
acurácia, é a de um atirador e suas tentativas em acertar o centro do alvo
(Figura 1.24).
44
Figura 1.24. Precisão e acurácia. Adaptada de
(http://sampa.if.usp.br/~suaide/LabFlex/blog/files/acuracia.jpg , 30/05/2009)
1.9.1 Precisão
40B
Precisão é o grau de refinamento da execução de uma operação,
ou o grau de perfeição dos instrumentos e métodos utilizados para obter os
resultados. Uma indicação da uniformidade ou reprodutibilidade dos resultados. Precisão está relacionada com a qualidade de uma operação na qual
um resultado é obtido, diferindo da acurácia, que por sua vez, está relacionada com a qualidade do resultado.
Na Figura 1.23, o alvo n°1 demonstra que o atirador obtém resultados muito ruins na tentativa de acertar o centro do alvo, não havendo qualquer tipo de uniformidade na distribuição de seus resultados. O atirador é
impreciso e nada acurado.
Já no segundo alvo, o atirador consegue uniformidade, no entanto,
sem acurácia. Esta uniformidade pode ter sido alcançada utilizando-se uma
luneta, ou um estabilizador para a arma. Com o conhecimento adquirido
observando os resultados, o atirador poderá aplicar um ajuste sistemático,
do tipo, apontar um pouco para o lado ou ajustar o equipamento (luneta),
45
buscando alcançar resultados mais acurados, além da já alcançada precisão.
1.9.2 Acurácia
40B
É o grau de conformidade com uma verdade padrão. Acurácia está
relacionada com a qualidade dos resultados, sendo, portanto, diferente de
precisão como já exposto acima. No alvo n°3, o atirador aproxima-se do
objetivo, no entanto sem grande precisão. Talvez tenha de trocar o equipamento ou de metodologia utilizada, se o objetivo for alcançar uma precisão
ainda maior, uma vez que através desta metodologia utilizada até então, foi
alcançado o limite da técnica ou do equipamento.
No alvo n°4 estão representados resultados associados a acurácia
e precisão. Diferente do alvo n°2, pois o atirador deve ter feito algum tipo de
ajuste sistemático após avaliar a posição dos tiros precisos, mas sem acurácia. A precisão não melhorou muito, mas a conformidade com um valor
verdadeiro, aumentou bastante.
1.10 Novos avanços no mapeamento da superfície terrestre
13B
Em março de 2009, o satélite GOCE (Gravity field and steady-state
Ocean Circulation Explorer) desenvolvido pela Agência Espacial Europeia
(ESA) foi colocado numa órbita baixa da Terra, quase heliossíncrona, por
um lançador Rockot, a partir do cosmódromo de Plesetsk , no norte da Rússia.
O GOCE é o primeiro de uma nova família de satélites da ESA
concebidos para estudar o nosso planeta e o seu ambiente, a fim de melhorar o conhecimento e compreensão dos processos do sistema da Terra e a
sua evolução, para que possamos enfrentar os desafios das alterações
climáticas globais. Em particular, o GOCE irá medir as diferenças de minutos no campo de gravidade da Terra a nível global.
Durante 24 meses, o satélite irá recolher dados de gravidade tridimensionais em todo o planeta. Os dados brutos serão processados em terra
para produzir o mapa mais preciso do campo gravitacional da Terra e aperfeiçoar o geóide: a verdadeira forma de referência do nosso planeta. O
conhecimento preciso do geóide, que pode ser considerado como a superfície de um oceano global ideal em repouso, terá um papel muito importante
em estudos futuros do nosso planeta, dos oceanos e da atmosfera. Servirá
46
de modelo de referência para medir e modelar as alterações do nível do
mar, a circulação dos oceanos e a dinâmica das calotas de gelo polares.
Os dados recolhidos pelo GOCE irão fornecer uma precisão de 1 a
2 cm na altitude do geóide e 1 mGal para a detecção de anomalias do campo de gravidade (as montanhas, por exemplo, costumam provocar variações
gravitacionais locais que vão desde dezenas de miligal a aproximadamente
uma centena). A resolução espacial será melhorada de várias centenas ou
milhares de quilômetros em missões anteriores para 100 km com o GOCE.
A cartografia do campo de gravidade da Terra com esta precisão
será útil para todas as áreas das ciências da Terra.
Para a Geodesia, irá proporcionar um modelo de referência unificado para medições de altura em todo o mundo, eliminando as descontinuidades entre os sistemas de altura para as diversas massas terrestres, países e continentes. O mapa geoidal preciso permitirá uma melhor determinação orbital para satélites que monitorizam o manto de gelo e, assim, uma
maior precisão das medições.
Para a Geofísica, combinando os resultados do GOCE com os dados do magnetismo, da Topografia e da Sismologia, irá ajudar a produzir
mapas detalhados em 3D das variações de densidade na crosta terrestre e
no manto superior. Este será uma importante contribuição para a melhoria
de toda a modelagem de bacias sedimentares, fendas, movimentos tectônicos e alterações verticais do mar/terra, melhorando a nossa compreensão
dos processos responsáveis pelas catástrofes naturais. A Figura 1.25 a
seguir mostra uma ilustração do satélite GOCE.
Figura 1.25. Satélite GOCE. (http://www.mundogeo.com.br , 12/05/2009)
47
2 INTRODUÇÃO A TECNOLOGIA GNSS
2B
2.1 O Conceito GNSS
16B
O terno GNSS (Global Navigation Satellite System) surgiu em 1991
e inicialmente era chamado de GNSS-1 englobando os sistemas GPS e
GLONASS, posteriormente passou a ser designado de GNSS-2 quando
agregou o sistema Galileo. Um Sistema Global de Navegação por Satélite é
formado por uma constelação de satélites com cobertura global que envia
sinais de posicionamento e tempo para usuários localizados em solo, aeronaves, ou transporte marítimo. Há vários sistemas GNSS como o GPS (dos
EUA), GLONASS (da Rússia), o Galileo (da Europa) e COMPASS (China),
sendo que, os dois últimos sistemas encontram-se em implantação.
A constelação de satélites é distribuída de tal forma que pode prover seus serviços em todo o mundo e com um número de satélites que
permita o fornecimento de serviços de alta qualidade.
2.2 Como o GNSS funciona
17B
Os satélites da constelação são equipados com um relógio atômico
(que é muito preciso na ordem de nano segundos). Os satélites emitem um
sinal de tempo para os receptores, que calculam o tempo passado desde
quando o sinal foi enviado pelo satélite até quando ele foi recebido. Os
satélites também enviam informações sobre suas posições quando eles
transmitiram o registro de tempo. O receptor é capaz de calcular sua localização usando o sinal de três satélites e a posição de um deles. Se o sinal
de um quarto satélite é usado, o receptor pode calcular sua localização sem
a necessidade de um relógio atômico.
A Figura 2.1 mostra este conceito; onde um receptor automotivo
calcula sua posição corrente (latitude, longitude e altitude).
2.3 Aplicações do GNSS
18B
Ser capaz de calcular nossa posição corrente nos dá a possibilidade de aplicar este conhecimento de muitas formas. Esta informação é usada
para navegação de carros, aeronaves e embarcações. Nós também pode-
mos usá-la para propósitos de mapeamento, tanto pela obtenção direta em
campo como pelo processamento de imagens de satélites ou aéreas que
devem ser georreferenciadas usando pontos de controle. Nós também podemos usar informação localizacional para praticar esportes como caminhada ou ciclismo, ou ainda em missões de resgate. Recentemente, o GNSS
tem sido usado para agricultura de precisão, para aperfeiçoar o rendimento
de safras. Há mais aplicações onde o GNSS pode ser usado, como será
apresentado mais adiante.
Figura 2.1. Recebendo Sinais de Satélites para calcular a posição corrente.
(http://www.defenseindustrydaily.com/images/SPACSatelliteGalileoSystemConceptlg.j
pg , 30/05/2009)
2.4 Sistemas GNSS
19B
Como a necessidade pelo GNSS aumenta diferentes nações começaram a trabalhar no desenvolvimento de seus próprios sistemas. Este
desenvolvimento iniciou com uma orientação militar como no caso do
NAVSTAR-GPS, sistema dos Estados Unidos da América que passou a ser
completamente operacional em 1994. O governo russo completou a constelação GLONASS em 1995, mas este sistema precisa atualmente de reparos, mas está programado para estar totalmente operacional e com cobertura global em 2010. A União Européia está trabalhando no desenvolvimento
do sistema GALILEO, que está previsto para estar operacional em 2013.
Outros países também preparam seus próprios sistemas de navegação por satélite, como é o caso, da China com o denominado COMPASS
50
Introdução a Tecnologia GNSS
que já lançou seus primeiros satélites e pretende lançar mais 10 nos próximos dois anos. Também a Índia que possui grande tradição no lançamento
de satélites imagiadores, anunciou recentemente que está desenvolvendo o
seu próprio sistema de navegação por satélites e deverá lançar 7 satélites
nos próximos seis anos, sendo que o primeiro satélite da futura constelação
deverá ser enviado ao espaço em 2009.
2.4.1 GPS
41B
A constelação de satélites GPS iniciou sua operação em Dezembro
de 1993. Com uma configuração de 24 satélites organizados em 6 planos
orbitais e mais 3 satélites de reserva, os quais possuem uma inclinação de
55 graus e uma altitude de 22.200 Km, que fornecem serviços em todo o
mundo. Os satélites GPS transmitem informações em duas freqüências
denominadas L1, a 1.575,42 Mhz, e L2, a 1.227,6 Mhz, usando o protocolo
de comunicação Code Division Multiple Access (CDMA). A informação
transmitida pelos satélites é usada para calcular a posição de receptores no
momento da transmissão do sinal. O GPS fornece dois serviços, o Serviço
de Posição Padrão (Standard Positioning Service - SPS) e o Serviço de
Posicionamento Preciso (Precise Positioning Service - PPS). O SPS fornece
uma precisão de 100 m horizontal e 156 m vertical (estas precisões referemse a SA ativada), e este é o serviço que pode ser usado gratuitamente. O
PPS fornece uma precisão de 22 m horizontal e 27,7 m vertical, e foi projetado para serviços militares. É por isso que ele também tem um sistema
Anti-Imitação (AntiSpoofing - AS) que replica o código de distância até o
satélite, e um sistema de Disponibilidade Seletiva (Selective Availability SA) que nega a precisão total do sistema para usuários do serviço SPS.
Estes sistemas de proteção são removidos para usuários do serviço PPS
através de criptografia. O plano de modernização para o Sistema GPS incluiu o novo código civil L2C (mais penetrante) e a terceira portadora (L5) que
será usada livremente pelos usuários.
O novo código L2C já está disponível 6 satélites, e permitirá melhor
acurácia nos posicionamentos dentro de construções e, principalmente, em
áreas arborizadas. Sendo mais robusto e com mais potência que o código
C/A, que foi concebido na década de 70, será essencial para o uso em
telefones celulares (E911) indoor GPS, obtendo melhor qualidade nas medidas de pseudodistâncias e poderá ser rastreado em ângulos de elevação
próximos de zero. Além de ter uma potência mais baixa em relação aos
51
demais sinais, o que oferece vantagens nas aplicações, principalmente para
os operadores que utilizam baterias.
Foi lançado no dia 24 de março de 2009 o satélite GPS denominado IIR-20 (M), o qual serve de referência, pois será o primeiro satélite a
transmitir a nova freqüência L5, e desta forma, dará acesso prioritário sobre
a mesma ao Sistema GPS. A nova portadora L5 (1176,45 MHz) foi especificada para ser melhor que a L1 em várias formas: mais potente (6 dB); mais
resistente à interferência; tem uma componente desprovida de dados, o que
melhora a capacidade de rastreio; melhor acurácia, mesmo com a presença
de multicaminho; está localizada numa porção do spectrum reservado para
os serviços aeronáuticos de radio-navegação (ARNS), sendo essencial para
a aviação. Com a L5 teremos a possibilidade de montar combinações que
possibilitarão lidar muito melhor com ambiguidade e com os efeitos da ionosfera. Isso quer dizer resolver ambiguidades mais rápido, e sob condições
mais difíceis.
Atualmente o Sistema GPS conta com 31 SVs (Space Vehicle) operacionais em órbita. A Figura 2.2 mostra um satélite GPS.
Figura 2.2. Concepção Artística de um Satélite GPS.
(http://wiki.sj.cefetsc.edu.br/wiki/index.php , 12/08/2009)
52
2.4.2 GLONASS
42B
O GNSS criado pela Rússia é o GLONASS, que foi projetado para
ter 24 satélites (incluindo 3 satélites de reserva) distribuídos em 3 planos
orbitais separados em 110° com 8 satélites por plano. O GLONASS esteve
perto de sua configuração final por volta da metade dos anos 90, mas devido a problemas econômicos e de manutenção nem todos os satélites continuaram trabalhando. Há atualmente um programa de modernização que
será finalizado por volta de 2012. O GLONASS foi projetado para uso militar, mas também tem um serviço civil gratuito. Ele usa 2 bandas L e usará 3
no futuro. O GLONASS transmite informações usando o protocolo Frequency Division Code Multiple Access (FDMA), também chamado de FYS.
Trabalha com dois níveis de precisão, um para uso militar com aproximadamente 20 m horizontal e 34 m vertical, e outro para uso civil com precisão
de 100 m horizontal e 150 m vertical. O serviço militar é também protegido
por um sistema antispoofíng.
A constelação GLONASS conta hoje com 20 satélites, sendo 19
em operação e um em fase de manutenção. O grupo de veículos provê
serviços ininterruptos de navegação em todo o território russo. A partir dos
lançamentos de novos satélites em 2009 e 2010, o sistema contará com o
número mínimo de 24 veículos para oferecer serviços em todo o globo. Na
Figura 2.3. podemos ver um satélite GLONASS.
Figura 2.3. Um Satélite GLONASS.
(http://www.spacetoday.org/Satellites/GLONASS.html , 30/05/2009)
53
2.4.3 GALILEO
43B
O GALILEO é um Sistema Europeu de Navegação por Satélites
que está em construção e está estimado para ser finalizado em 2013, mas
seu cronograma de implantação vem sofrendo constantes atrasos. Teve o
primeiro satélite do sistema lançado em 18 de dezembro de 2005, o qual foi
chamado de GIOVE A, sendo posteriormente lançado o GIOVE B. O segmento espacial está planejado com a seguinte configuração 30 satélites
(sendo 27 em uso e 3 de reserva), distribuídos em três planos orbitais de
56° e altitude de operação em 23.616 Km. O GALILEO vai fornecer 5 serviços: Serviço Aberto (Open Service - OS), Segurança de Vida (Safety Of Life
- SOL), Serviço Comercial, Serviço Público Regulado (Public Regulated
Service - PRS), e Busca e Resgate (Search And Rescue - SAR).
A Figura 2.4 mostra uma concepção artística do satélite GSTBV2/A (ou GIOVE-A) em órbita, que foi o primeiro satélite lançado da constelação GALILEO.
Figura 2.4. Uma Concepção Artística do GSTB-V2/A em órbita.
(http://www.esa.int/esaCP/SEM10V638FE_index_1.html , 12/08/2009)
2.4.4 COMPASS
43B
A China também está desenvolvendo seu próprio sistema global de
navegação por satélites, o denominado Beidou (ou Compass em inglês)
teve seu primeiro satélite enviado ao espaço em abril de 2007, sendo que,
em 15 de abril de 2009 foi lançado o segundo veículo. Para que, o sistema
54
esteja completamente operacional são necessários 30 satélites, o que está
previsto para ocorrer em 2015.
2.5 Sistemas de Aumentação
20B
Algumas aplicações requerem informações mais precisas do que
as fornecidas pelos sistemas GNSS atuais. A forma com que se consegue
isso é pela implementação de sistemas de aumentação que não apenas
incrementam a precisão, mas também a integridade e disponibilidade. Isto é
feito com a incorporação de estações base cujas posições são conhecidas
com precisão de tal forma que os erros dos satélites podem ser calculados e
corrigidos. Há Sistemas de Aumentação Baseados em Solo (Ground Based
Augmentation Systems - GBAS) como Sistema de Áreas Locais de Aumentação (Local Área Augmentation System - LAAS) ou GPS Diferencial (Differential GPS - DGPS), e também Sistemas de Aumentação Baseados em
Satélites (Satellite Based Augmentation Systems - SBAS). Dentre os sistemas SBAS, há os Sistemas de Aumentação de Grande Alcance de Área
(Wide Área Augmentation System - WAAS) nos EUA, o Sistema de Aumentação de Satélite Multi-funcional (Multi-functional Satellite Augmentation
System - MSAS) no Japão e o Serviço de Cobertura para Navegação Geoestacionário Europeu (European Geostationary Navigation Overlay Service EGNOS).
Neste capítulo, apresentamos uma breve descrição do EGNOS.
Uma das mais importantes aplicações na qual um sistema de aumentação é
necessário é a aviação civil, particularmente durante a fase de aproximação
do vôo (pouso)
Os sistemas atuais de aumentação são mostrados na Figura 2.5.
55
Figura 2.5. Cobertura Atual dos Sistemas de Aumentação.
(http://www.netmap.de/domain/192.168.2.200/oe-nav.com/WAAS/waas%20cover.jpg ,
30/05/2009)
2.5.1 Sistema de Cobertura para Navegação Geoestacionário
Europeu - EGNOS
4B
EGNOS é um projeto em conjunto da ESA, da Comissão Européia
e EUROCONTROL (a Organização Européia para a segurança da Navegação Aérea). O EGNOS é projetado para adequar-se aos requisitos extremamente desafiantes do pouso de aeronaves, então ele também é adequado para a maioria dos requisitos dos usuários. O EGNOS é o sistema de
aumentação baseado em satélites da Europa. Foi criado para incrementar o
sinal dos sistemas GPS (fornecido pelos Estados Unidos) e do GLONASS
(fornecido pela Rússia) com o objetivo de fornecer precisão diferencial e
informações sobre integridade, de tal forma que o novo sinal pode ser usado
para aplicações críticas como pouso de aeronaves, que requerem grande
precisão.
2.6 Aplicações GNSS
21B
2.6.1 Agricultura e Pesca
45B
Tomar conta da segurança da produção de alimento é uma grande
prioridade para evitar doenças como a Encefalopatia Bovina Espongiforme
(Bovine Spongiform Encephalopathy - BSE), também conhecida como a
56
doença da "Vaca Louca", a doença do "Pé-e-boca", ou produtos que têm
sido modificados geneticamente. É por isto que medidas de controle são
tomadas com o objetivo de aumentar a qualidade da produção de comida e
ao mesmo tempo conservar o meio-ambiente. Por
outro lado, no setor de pesca, há um grande território a ser protegido de práticas ilegais, para a implementação de regras internacionais, e finalmente, é necessário fornecer uma navegação segura
para qualquer tipo de embarcação. Nesta seção,
mencionamos alguns exemplos de aplicações nos
setores de agricultura e pesca.
2.6.2 Pulverização Química
46B
Como
sabemos,
produtos
químicos são usados para incrementar
a produtividade, através do controle
de pestes e infestação de ervasdaninhas em safras. O problema é
que estes químicos contaminam nosso ambiente e algumas vezes são
lançados em áreas onde não são realmente necessários, com um grande impacto econômico. Uma forma como o
GNSS pode ajudar é com o posicionamento preciso de aeronaves, de forma
que o piloto possa pulverizar herbicidas, inseticidas ou fertilizantes nos
lugares corretos e com quantidades apropriadas. Este controle automático
vai permitir uma distribuição mais homogênea de produtos, que vai resultar
em uma redução da quantidade necessária. Para esta aplicação, um posicionamento preciso de menos do que 1 metro é requerido, e uma precisão
de 1 centímetro seria a ideal. Assim, se conectarmos um receptor GNSS a
um veículo de pulverização e a uma base de dados, provavelmente também
a um Sistema de Informações Geográficas (SIG) e também usar dados de
campo, poderemos controlar o processo de pulverização.
57
2.6.3 Monitoração de Rendimento de Safras
47B
Esta é outra importante aplicação
na qual necessitamos de um efetivo gerenciamento de recursos. Fazendeiros podem
identificar suas safras como áreas com
maior ou menor rendimento nos seus campos, então eles podem variar a aplicação de
produtos químicos com o objetivo de aumentar o rendimento com o menor impacto possível no ambiente e menor
custo. Para isso, é necessário um monitoramento contínuo de parcelas de
terra. Receptores GNSS podem ser instalados em colhedeiras, de forma
que elas possam ser rastreadas em campo, escolher áreas específicas para
tomar como exemplos, registrar os dados e produzir mapas de rendimento
(a partir da análise dos dados).
2.6.4 Extensão de Safras e Rastreamento de Gado
48B
Organizações podem fornecer suporte a fazendeiros que precisam
saber qual terra agriculturável está em safra e sua área exata. Estas informações são necessárias para fixar valores ou para pagar um seguro em
caso de um evento natural que destrua a safra. Assim, medidas precisas
das parcelas agrícolas são necessárias. Fazendeiros geralmente usam
documentos cadastrais históricos mostrando as linhas da propriedade para
declarar sua área plantada, mas as parcelas atuais mudam a cada estação
e a informação não é precisa. É aqui que o GNSS poderia ser usado para
obter uma área precisa de safras. As medidas obtidas com o GNSS poderiam ser integradas a um GIS, assim a informação poderia ser re-utilizada
para diferentes propósitos.
Fazendeiros poderiam também ser
capazes de rastrear o gado através do uso
de transponders que poderiam ser ligados a
um sistema que os monitora (tipicamente
isto é feito com um mapa da área que mostra a posição dos alvos).
Isto pode ser feito para o gado, mas também para qualquer tipo de
produto, em qualquer estágio deste produto, como produção, preparação,
transporte e venda.
58
2.6.5 Navegação e Monitoramento de Barcos de Pesca
49B
Uma navegação segura de
barcos de pesca pode ser alcançada
pelo uso de um sistema de navegação eletrônica, para saber a área
onde estão localizados, combinando
os dados de uma carta de navegação e sua posição obtida com precisão (isto pode ser obtido com o
GNSS).
Barcos de pesca também precisam de transmissão periódica de
suas posições (posição, distância e denominação) para os centros de controle, para mantê-los em segurança e também para verificar que eles não
estejam localizados em uma zona proibida. Se leis internacionais não estão
sendo seguidas, há multas caras e até mesmo a suspensão de direitos de
pesca.
2.6.6 Engenharia Civil
50B
A Engenharia Civil é uma área que tem requisitos de grande
precisão e confiabilidade, onde o
GNSS pode ser usado em combinação com mapas digitais de diferentes
fontes, desde o planejamento de
estruturas até a manutenção e mapeamento de construções existentes.
Aqui mostramos alguns dos usos do
GNSS na Engenharia Civil.
2.6.7 Monitoramento de Estruturas
51B
Receptores GNSS podem ser usados para detectar qualquer movimento em uma estrutura como um edifício, uma ponte, ou um monumento
histórico. Também podem ser usados para medir os níveis de rios e lagos. A
transmissão desses eventos para um centro de monitoramento vai ajudar a
detecção em tempo real de qualquer movimento. Por exemplo, muitas pon59
pontes têm uma carga maior do que o
especificado em seus parâmetros de projeto, e seu monitoramento é necessário. O
uso da tecnologia de receptores de satélites e softwares de processamento em
tempo real são ferramentas com bom
custo-benefício, que podem ser usadas
para automatizar os sistemas de monitoramento.
2.6.8 Orientação de Máquinas
52B
Receptores GNSS junto com técnicas cinemáticas em tempo real podem também ser
usadas para guiar maquinário pesado em vários
tipos de obras. Também é de grande interesse a
orientação automática de máquinas para trabalhar em ambientes perigosos.
2.6.9 Logística e Gerenciamento de Canteiros de Obras
53B
Para locais com grandes construções, as rotas de acesso e as áreas
de trabalho nas estruturas mudam constantemente, ao mesmo tempo em que
muitos veículos estão se movendo. Estas atividades devem ser eficientemente
gerenciadas com o objetivo de evitar
confusões que poderiam ser perigosas e
resultar em perda de tempo; assim, o GNSS poderia ser usado para fornecer informações altamente precisas e contínuas para o canteiro de obras.
60
2.6.10 Manutenção da Infraestrutura de Rodovias e Ferrovias
54B
A grande rede de rodovias
e ferrovias do mundo precisa de
engenheiros civis para fazer sua
manutenção. Estas rodovias e
ferrovias devem ser monitoradas
para a percepção de qualquer
mudança na superfície ou nas
cargas. O GNSS vai ajudar com
medidas precisas como inclinação
ou alinhamentos, junto com informações de data e posição.
O processamento desta informação poderia ser feito off-line, evitando interrupções de tráfego, e poderiam ser originadas por veículos de
manutenção trabalhando para obter informações fornecidas automaticamente pela tecnologia GNSS.
2.6.11 Energia
5B
Aplicações em energia envolvem projeto, construção, e operação
de grandes redes. Por exemplo, a
eletricidade deve ser distribuída ao
longo de grandes distâncias e a rede
dedicada a isto deve ser continuamente monitorada com o objetivo de detectar qualquer quebra de linha e
fazendo os reparos o mais breve possível. Uma abordagem similar é seguida nos setores de óleo e gás, onde
diferentes tipos de riscos devem ser
monitorados para dar o alerta e para
aumentar a segurança em caso de
trabalho em lugares perigosos (por
exemplo, riscos geo-morfológicos e
geofísicos).
61
2.6.12 Sincronização de Redes para Geração e Distribuição
de Energia
56B
Há atualmente um crescimento necessário para integrar redes
de distribuição de energia, o qual
enfatiza a economia de energia e
eficiência, e requer sincronização
precisa e acurada. O GNSS pode ser
usado para sincronização e permite
um transporte eficiente de força.
Como um exemplo desta aplicação nós temos que medidas de perturbações devem ser registradas no tempo com erros de menos do que
0,001 segundos (o que pode ser feito com o GNSS). Porém, energia elétrica
não é facilmente estocada e quando aparece um erro de funcionamento,
uma onda de corrente ou voltagem se propaga ao longo das linhas, danificando equipamentos e causando longas interrupções de serviço. Uma indicação remota de metros poderia poupar custos. Outra aplicação onde o
registro preciso de tempo de eventos é necessário é o rastreamento da
origem de problemas, de forma que uma ação corretiva possa ser tomada.
2.6.13 Mapeamento de Infra-estrutura
57B
Um sistema de mapeamento
eletrônico poderia beneficiar a operação de uma instalação elétrica, porque
poderia guardar localizações precisas
de pólos de produção, transformadores, ou até mesmo consumidores,
onde a precisão poderia ser alcançada
usando o GNSS. Com esta ferramenta
de mapeamento, uma falha na infraestrutura poderia se identificada imediatamente, serviços de manutenção poderiam ser planejados, e tempo poderia ser economizado. O mesmo tipo de
aplicação pode ser usado para água, desperdício de água, e instalações de
gás.
62
2.6.14 Meio-Ambiente
58B
O sistema GNSS vai também
ser usado para proteger o meioambiente. Pode ser usado para rastrear poluentes, cargas perigosas e icebergs, mapeamento dos oceanos e da
criosfera, e estudo de marés, correntes
e nível dos mares. Também será usado para monitorar a atmosfera, vapor
de água para previsão do tempo e
estudos climáticos, e a ionosfera para
comunicações por rádio, ciência espacial e também previsão de terremotos.
Na natureza, pode ser usado para rastrear animais selvagens para tornar
possível sua preservação.
2.6.15 Monitoramento Ambiental
59B
O sistema GNSS tem muitas aplicações para o monitoramento
ambiental. Conhecendo e estudando
os sinais da constelação de satélites
disponível no sistema GNSS, podemos determinar com precisão perfis
atmosféricos sobre grandes áreas,
incluindo densidade, pressão, umidade e padrões de vento. Medidas
contínuas de parâmetros atmosféricos vão ajudar na previsão do tempo
e no monitoramento do clima. Também será possível fazer estudos dos
mares e oceanos, incluindo mapeamento de correntes e marés com
bóias flutuantes.
Podemos também estudar calotas de gelo e icebergs. Estudos têm
sido feitos para rastrear o derretimento do gelo causado pela erupção de um
vulcão sob a placa de gelo. Dados como estes podem ajudar a prever o
63
movimento do gelo e da água. A sistematização do GNSS pode também ser
usada em vulcanologia, para estudar movimentos tectônicos e prever terremotos.
2.6.16 Ciências Naturais
60B
Pode ser usado em biologia
e proteção animal, pois permitirá o
rastreio contínuo de animais selvagens. Um pequeno receptor pode ser
preso a animais protegidos, para
seguir seus movimentos e a migração de espécies que possam estar
em perigo. Vai ajudar a monitorar,
estudar o comportamento, e preservar habitats.
2.6.17 Proteção de Recursos Marinhos
61B
Também pode ser usado para
pesquisa relacionada a recursos marinhos. Por exemplo, pode ser aplicado
em oceanologia, hidrografia, e ecologia
marinha. Uma aplicação seria o estudo
de estoques de peixes, onde dados
poderiam ser coletados (mapeados) para
ajudar no gerenciamento de pescarias,
aumentando o rendimento, e melhorando a sustentabilidade. Áreas com restrições à pesca poderiam também ser
monitoradas, assim espécies protegidas
não estariam em perigo, até mesmo
estas áreas a serem protegidas poderiam ser identificadas com a coleta de
dados pela comunidade científica. Aqui,
o sistema GNSS junto com a coleta de dados e técnicas de análise de dados vai contribuir para uma abordagem harmonizada para a avaliação de
estoques globais.
64
2.6.18 Segurança Ambiental
62B
Há também aplicações para proteger o ambiente e fazer
nossas vidas mais seguras, de uma
forma mais efetiva. Um exemplo
seria o gerenciamento do transporte de óleo, onde os responsáveis
por um vazamento de óleo (acidental ou intencional) poderiam ser facilmente identificados. Da mesma forma, um transporte seguro de carga
nuclear ou qualquer outro material perigoso vai aumentar a segurança das
pessoas e do ambiente.
2.6.19 Seguros
63B
Nesta aplicação, os serviços do
GNSS vão permitir a inovação em termos de
condições de política. Pode ser usado efetivamente para controlar e monitorar bens
valiosos como o caso de ouro, dinheiro, ou
qualquer outro item segurado. Estes bens
podem estar mais seguros se estiverem
continuamente rastreados, com o benefício
direto para a companhia seguradora e os consumidores. O GNSS vai fornecer um suporte legal para o setor de seguros e ao mesmo tempo disponibilizar um número de novos serviços (por exemplo, para seguros de carros e
imóveis).
2.6.20 Telecomunicações
64B
Serviços de comunicação, combinados com sistemas de localização, têm um grande número de aplicações em posicionamento, busca por
endereços, informações sobre tráfego em tempo real, entre outras.
65
2.6.21 Localização de Telefones Móveis
65B
Há duas razões principais para
localizar uma chamada. A primeira para
chamadas de emergência (E-l 12 na Europa e E-911 nos EUA) que têm uma nova
legislação em alguns países para aumentar a eficiência de serviços de emergência
para os cidadãos com a resposta precisa e
rápida a chamados de socorro. A segunda,
para disponibilizar novos serviços baseados na localização dos consumidores. A localização de uma chamada pode ser conseguida (tecnicamente)
pela integração de um receptor GNSS em um telefone celular (ou solução
de mão) ou pelo uso de urna rede de comunicação. Uma vez que a localização da chamada é conhecida, uma série de serviços, conhecidos como
Serviços Baseados em Localização (Location Based Services - LBS) pode
ser oferecida.
2.6.22 Rede de Comunicações
6B
À medida que novas tecnologias digitais fornecem mais serviços de tempo (vídeo
em tempo real, vídeo conferência, transações
encriptadas banco-a-banco) é necessária uma
arquitetura em rede confiável (GSM, UMTS,
Internet, ATM). O aumento do número de consumidores desses serviços faz com que os
operadores aumentem a qualidade, confiabilidade, e amplitude dos serviços. É por isso que
há a necessidade de resolver todos os problemas de tempo e sincronização
em redes, relacionados com estes serviços. O GNSS vai ser usado para
fornecer informações altamente precisas sobre tempo e freqüência, sem a
necessidade de investimento em caros relógios atômicos.
66
2.6.23 Aviação
67B
A navegação por satélites tem
sido durante muito tempo um meio alternativo de localização. O GPS tem sido
usado como um serviço de posicionamento complementar em diferentes
fases de vôo, tanto em lazer como em
transporte comercial. No sistema Galileo
é utilizado como um recurso o EGNOS
que permite ajudar a refinar e melhorar a
navegação por satélites e auxiliar pilotos
em todas as fases de vôo, além de prover a segurança requerida para esse
tipo de aplicação.
A disponibilidade do Galileo e do GPS (sendo eles compatíveis) vai
fornecer robustez (através da redundância e alta confiabilidade do serviço)
para todas as fases de vôo.
É previsível que a melhora na precisão e a integridade do serviço
vai permitir a redução na separação entre aeronaves no congestionado
espaço aéreo, com o objetivo de acompanhar o crescimento do tráfego, o
qual tem crescido aproximadamente 4% por ano em todo o mundo nos anos
recentes e com uma tendência de dobrar o número de vôos em 20 anos. O
GNSS vai contribuir para fornecer sistemas de posicionamento confiáveis e
precisos para fazer isso possível.
2.6.24 Operações em Portos
68B
Entre as mais difíceis manobras de barcos estão à aproximação
em portos e o posicionamento nas
docas, particularmente sob condições
climáticas ruins. É por isso que a
assistência local com navegação por
satélites é uma ferramenta fundamental para todos os tipos de operações em portos e posicionamento em docas. A disponibilidade aumentada
de satélites vai ajudar a fornecer os serviços até mesmo em ambientes com
visibilidade limitada do céu.
67
2.6.25 Navegação em Hidrovias
69B
Satélites também fornecem navegação precisa ao longo de hidrovias,
especialmente em ambientes geográficos
críticos ou condições meteorológicas
severas. É assim que barcos navegam
ao longo de rios e canais, onde a precisão e integridade de dados de navegação são essenciais para automatizar
manobras em hidrovias estreitas.
O GNSS vai contribuir para aumentar a disponibilidade de navegação por satélites e, através do serviço de integridade, vai contribuir para a
confiabilidade e uso seguro de navegação de barcos automatizada e controle de tráfego.
2.6.26 Aplicações em Rodovias
70B
No setor de rodovias há muitas aplicações para o GNSS à medida
que o número de veículos aumenta.
Em 2010 haverá mais do que 670
milhões de carros, 33 milhões de ônibus e caminhões, e 200 milhões de
veículos comerciais leves em todo o
mundo.
Receptores de navegação por satélites são hoje comumente instalados em carros novos como uma ferramenta para fornecer novos serviços
para motoristas como informações de tráfego em tempo real, chamadas de
emergência, orientação em rotas, gerenciamento de frotas, e Sistemas de
Assistência Avançados a Motoristas. Além disso, o GNSS vai oferecer aos
turistas urbanos uma disponibilidade adicional de sinais de satélites, reduzindo o efeito de sombreamento de edifícios.
68
2.6.27 Aplicações em Ferrovias
71B
Revitalizar as ferrovias é uma das prioridades de muitos países do
mundo na área de Transportes. O compartilhamento do transporte de carga
por ferrovias tem declinado de 21%
em 1970 para 8% em 1998. É por
isso que o GNSS vai ter um importante papel para reverter estes
números e melhorar a competitividade do setor de ferrovias.
69
3 SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL GPS
3B
3.1 Um breve histórico
2B
Embora hoje a localização espacial seja uma tarefa relativamente
simples para o usuário de posicionamento por satélite, ela foi um dos primeiros problemas científicos que o ser humano procurou solucionar. O homem
sempre teve interesse em saber onde estava. Inicialmente restrita à vizinhança imediata de seu lar, mais tarde a curiosidade ampliou-se para locais
do comércio e por fim, com o desenvolvimento da navegação marítima,
praticamente alcançou o mundo todo. Conquistar novas fronteiras, com
deslocamento seguro, exigia o domínio sobre a arte de navegar, saber ir e
voltar de um local a outro, com conhecimento de seu posicionamento, durante todo o trajeto, tanto na terra como no mar ou no ar.
Por muito tempo o Sol, os planetas e as estrelas foram pontos de
referência na orientação. Mas além da necessária habilidade do navegador,
as condições climáticas podiam significar a diferença entre o sucesso e o
fracasso de uma expedição. Por isto, a navegação exigiu, desde seu início,
o desenvolvimento de instrumental de apoio à orientação. Um dos primeiros
instrumentos de navegação foi a bússola, invento chinês que proporcionou
uma verdadeira revolução na arte de navegar. Mas ainda perdurava um
problema: como determinar a posição de uma embarcação em alto-mar? A
indicação norte-sul da bússola não é suficiente. O astrolábio a despeito de
seu peso e tamanho, possibilitava apenas a obtenção da latitude, sujeita a
grande margem de erro. A medição com esse instrumento só podia ser
realizada à noite e com boa visibilidade. Melhorias ocorreram, no transcorrer
dos anos, com a introdução de novos instrumentos, tais como o quadrante
de Davis e o sextante. Este último foi utilizado pelo navegador brasileiro,
Amyr Klink, em sua viagem solitária de travessia do oceano Atlântico a
remo, desde a Namíbia situada na costa sul da África até a costa nordeste
brasileira, realizada no segundo semestre de 1984 e narrada no livro do
navegador "Cem Dias entre Céu e Mar".
A determinação da longitude foi considerada o maior problema científico do século XVIII. De qualquer forma, mesmo com os melhores instrumentos, a navegação celeste só proporcionava valores aproximados da
posição, o que nem sempre eram apropriados para encontrar um porto
durante a noite.
Com o lançamento do primeiro satélite artificial da Terra, os soviéticos iniciaram a corrida espacial. Foram pioneiros com o lançamento do
SPUTNIK I em 4 de outubro de 1957. O rastreamento orbital do SPUTNIK
era feito principalmente a partir do conhecimento das coordenadas das
estações terrestres de rastreamento e do desvio Doppler dos sinais, gerado
no próprio satélite. Este princípio permitiu a determinação da órbita do satélite e foi concebido pelos físicos W. Guier e G. Weiffenbach, pesquisadores
do laboratório Johns Hopkins. O processo inverso, ou seja, a idéia de se
determinar as coordenadas de pontos sobre a superfície terrestre (que é o
objetivo básico do atual GPS), a partir do conhecimento da posição de satélites no espaço, em um determinado instante, deve-se a um outro pesquisador do mesmo instituto, Dr. McLure.
Dentre os primeiros resultados do lançamento de satélites artificiais, com benefícios diretos para a Geodésia, destaca-se a verificação da
influência do achatamento terrestre no movimento orbital dos satélites. Concebido por Newton no século XVIII e comprovado através de medidas efetuadas sobre a superfície terrestre, a forma não esférica da Terra, pode ser
detectada a partir de anomalias nas órbitas previstas, reflexo direto de variações do campo de gravidade terrestre. No que diz respeito às aplicações
da Geodésia, o estudo do campo de gravidade terrestre a partir do movimento dos satélites, permitiu avanços significativos.
Outros setores tecnológicos contribuíram expressivamente para o
desenvolvimento do GPS, entre eles, a micro eletrônica e a comunicação
via satélites.
Mesmo fundamentados em altas tecnologias, os primeiros sistemas
de navegação desenvolvidos, apresentavam algum tipo de problema. Entre
estes sistemas, o predecessor imediato do atual GPS, foi o NNSS (Navy
Navigational Satellite System). Originalmente idealizado para localização e
navegação de navios de guerra americanos, este sistema foi amplamente
utilizado para aplicações geodésicas, em todo o mundo. O geoposicionamento propiciado pelo NNSS já era realizado por meio de ondas eletromagnéticas e o sistema era suportado por uma constelação de 8 satélites ativos,
em órbitas polares elípticas (quase circulares), a uma altitude média de
1.100 km. O NNSS: que ficou em operação até meados de 1993, tinha dois
grandes problemas: não provia cobertura mundial total e havia um lapso de
tempo considerável, entre passagens sucessivas dos satélites para um
72
Sistema de Posicionamento Global GPS
mesmo ponto na superfície terrestre. Para se obter uma posição acurada,
necessitava-se de dois a três dias estacionado num mesmo ponto.
No entanto, como em qualquer área da evolução humana, as experiências foram se acumulando ao longo do tempo, o processo evolutivo
culminou com o atual GPS, que é o assunto principal do presente curso.
3.2 Definição
23B
A denominação oficial desse sistema de posicionamento é conhecida pela sigla NAVSTAR GPS, cujo significado é NAVigation Satellite with
Timing And Ranging - Global Positioning System.
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema espacial
de posicionamento, baseado em radionavegação, que vem sendo desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América (DoD
- Department of Defense), que pode ser usado para determinar a posição,
em relação a um sistema de referência, de um ponto qualquer sobre ou
próximo à superfície da Terra.
3.3 Sistema de referência do GPS
24B
O GPS permite aos usuários determinar suas posições em coordenadas cartesianas retangulares X, Y, Z em relação ao centro de massa da
Terra (0, 0, 0) e posteriormente convertê-las coordenadas elipsoidais expressas em latitude, longitude e altura elipsoidal h (Figura 3.1).
Figura 3.1. GPS e o sistema de coordenada cartesiano. (Robaina, 2006)
73
O sistema de referência usado pelo GPS é conhecido como World
Geodetic System (WGS 84). Além de coordenadas, o sistema fornece uma
medida de tempo, cujo controle é feita por relógios atômicos. Existem 3
escalas de tempo envolvidos no sistema: o tempo na escala de tempo do
satélite, o tempo na escala de tempo do receptor e o tempo na escala de
tempo controlada pelo segmento de monitoramento e controle, considerada
como a referência de tempo ou o padrão (tempo "oficial do sistema GPS),
para o qual os relógios dos satélites e dos receptores deverão ser corrigidos.
As especificações de uso do sistema de posicionamento global para usuários civis do sistema são:
• Disponibilidade contínua 24 horas/dia
• Cobertura Global
• Latitude/Longitude/Altitude/Data/hora
• Precisão absoluta 100/156 metros (HV) sob SA (10 vezes melhor
após maio de 2001)
• Precisão relativa 5m - 0,005m
As principais vantagens do sistema, em relação aos métodos tradicionais de levantamento são: Visada:
• Dispensa intervisibilidade entre as estações;
• Permite determinar linhas mais longas. Precisão:
• Métodos que cumpre normas do IBGE e INCRA. Rapidez:
• Automatização na coleta, processamento por programas específicos, Coordenadas tridimensionais - 3D:
• Transporte plamaltimétrico simultâneo.
As principais desvantagens do sistema, em relação aos métodos
tradicionais de levantamento são:
Visada aos satélites:
- problemas com vegetação densa, úmida e alta;
- vetado para túneis/minas subterrâneas.
Área urbana alta:
- multicaminhamento;
- poucos satélites GPS disponíveis (obstrução do sinal).
Custo (ainda) alto:
- equipamentos e suprimentos;
- operadores;
Não realiza nivelamento:
- necessita informação "geoidal".
74
3.4 Composição ou segmentos do sistema
25B
A estrutura do Sistema de Posicionamento Global é dividida em
três entidades principais: segmento do espaço ou espacial, segmento de
controle e monitoramento e segmento dos usuários (Figura 3.2).
Figura 3.2. Os três segmentos. (Robaina, 2006)
3.4.1 Segmento do Espaço
72B
A estrutura final do sistema compreende 27 satélites (24 operacionais e 3 de reserva) distribuídos em 6 planos orbitais, com 4 satélites operacionais por plano, inclinados de 55° em relação ao plano do equador e
uma altura dos satélites de aproximadamente 20.000 km (Figura 3.3). Esta
configuração implica num período de 12 horas para completar uma volta em
torno da Terra.
O objetivo dessa forma de distribuição dos satélites (configuração
da constelação) é assegurar, que em qualquer ponto sobre a superfície da
Terra ou próxima a ela, a disponibilidade mínima de 4 satélites acima do
horizonte durante as 24 horas do dia.
75
Figura 3.3. Distribuição do segmento espacial. (Robaina, 2006)
O segmento do espaço é formado pelos satélites que possuem as
seguintes funções:
a) Manter uma escala de tempo bastante precisa. Para isso cada
satélite possui dois relógios de césio e de rubídio;
b) Emitir dois sinais ultra-sensíveis em freqüência, modulados em
fase através dos códigos denominados pseudo-aleatórios, sobre as duas
freqüências especificas do sistema L1 = 1.57542 GHz e L2 = 1.22760 GHz;
c) Receber e armazenar as informações oriundas do segmento de
controle;
d) Efetuar manobras orbitais para guardar a sua posição definida
na constelação ou para substituir um outro satélite defeituoso;
e) Retransmitir informações (mensagens de navegação) ao solo.
3.4.1.1 Satélites GPS
10BU
Os satélites GPS (Figura 3.4) são transmissores de sinais de radio,
gerados a partir de uma freqüência fundamental de 10,23 MHz, a partir de
osciladores de Césio ou de Rubídio e todas as outras freqüências são derivadas da fundamental. Sua identificação pode ser feita de várias maneiras,
mas a forma mais utilizada é através do seu PRN (Pseudo Random-Noise em português poderia ser traduzido como ruído falsamente aleatório) ou
SVID (Space Vehicle Identification - identificação do veículo espacial). Este
é o número que aparece no visor da maioria dos aparelhos receptores GPS,
para identificar os satélites que estão sendo rastreados. Publicações e distribuição de informações técnicas sobre os satélites, inclusive na internet,
normalmente utilizam o PRN como identificador.
76
Figura 3.4. Satélite GPS. (Robaina, 2006)
3.4.1.2 O tempo GPS
102BU
O sincronismo do tempo entre os relógios dos satélites e dos receptores é de extrema importância no processo de posicionamento. Portanto, cada satélite carrega padrões de freqüência altamente estáveis (baseados nos pulsos atômicos do Césio e do Rubídio), com estabilidade entre 1012 e 10-13 segundos por dia, constituindo uma referência de tempo extremamente precisa, denominada de tempo GPS. Originalmente quatro conjuntos de satélites fizeram parte do projeto NAVSTAR-GPS. São denominados
satélites dos blocos I, II, MA e IIR. Os satélites dos blocos II e IIA estão
equipados com dois osciladores atômicos de Césio e dois de Rubídio, enquanto os do bloco I eram equipados apenas com osciladores de quartzo,
muito menos precisos. Os satélites do bloco IIR estão sendo equipados com
osciladores de Rubídio, e os do bloco IIF poderão utilizar o MASER de hidrogênio (Microwave Amplification by Stimulated Emisson of Radiation), o
que há de melhor nos dias atuais, em termos de padrão de freqüência.
3.4.1.3 Estrutura do Sinal dos Satélites GPS
103BU
Os satélites transmitem duas ondas de rádio denominados portadoras, obtidas pela multiplicação eletrônica da freqüência fundamental pelo
fator 154 e 120 (Figura 3.5).
77
Figura 3.5. Estrutura do sinal GPS.
Como as freqüências obtidas estão na faixa da banda L de radiofreqüências (1000 a 2000 MHz), as portadoras transmitidas são conhecidas
como L1 e L2, com freqüências f1 = 1575,42 e f2 = 1227,60 MHz, respectivamente. Os comprimentos de onda calculados por X - c / f são, aproximadamente X\ = 19,0 cm e XI = 24,4 cm, adotando-se para a velocidade da luz
( c ) o valor de 299.792.458 m/s.
Os satélites transmitem continuamente dois códigos modulados em
fase sobre as portadoras L1 e L2. Sobre a L1, modula-se o código C/A (Clear Access ou Course Aquisition) e sobre as portadoras L1 e L2, modula-se o
código P (Precise Code).
O código C/A apresenta uma freqüência de 1,023 MHz e um comprimento de onda de 300m, enquanto que o código P é gerado na freqüência fundamental de 10,23 MHz, apresentando um comprimento de onda de
30m.
Sobre as portadoras L1 e L2 é modulado também o Código D o
qual carrega as mensagens de navegação contendo as efemérides, correções dos relógios dos satélites e "saúde" dos satélites que são utilizados
pelos receptores (Quadro 04).
As Efemérides são parte das mensagens transmitidas (broadcasting) pelos satélites, em tempo real, com informações de sua órbita e do seu
78
sistema de tempo, a partir das quais pode-se calcular as coordenadas dos
satélites no sistema de referência WGS 84.
Quadro 04. Arquivo de Navegação - Efemérides transmitidas pelo satélite
em tempo real.
3.4.2 Segmento de Controle e Monitoramento
73B
O segmento de controle tem a função de realizar o monitoramento
contínuo dos satélites, calcular suas posições, transmitir os dados e executar a supervisão necessária para o controle de todos os satélites do sistema.
Os componentes desse segmento do sistema GPS são: estação de
controle central, estações de monitoramento e controle e antenas terrestres.
O sistema de controle (Figura 3.6) é composto de: 1 estação de
controle central (MCS - Master Control Station), localizada em Colorado
Springs, Colorado; 5 estações monitoras (Hawaii, Colorado Springs, Ascension Island, Diego Garcia e Kwajalein), as 3 últimas possuem antenas para
transmissão de dados para os satélites. As 5 estações de monitoramento
pertencem à AAF (American Air Force). Adicionalmente, um conjunto de 7
estações do NIMA (National Imagery and Mapping Agency), formam, com
79
as 5 anteriormente mencionadas, o conjunto total das estações monitoras
do GPS.
Figura 3.6. Segmento de controle.
(http://www.faa.gov/about/officeorg/headquartersoffices/ato/serviceunits/techops/navs
ervices/gnss/gps/controlsegments /media/controlSegment.jpg , 30/05/2009)
Cada estação monitora é equipada com oscilador externo de alta
precisão e receptor de dupla freqüência, que rastreia todos os satélites
visíveis e transmite os dados para a MCS, via sistema de comunicação. Os
dados são processados na MCS para determinação das órbitas dos satélites, que, juntamente com as correções dos relógios dos satélites, são
transmitidos, para fins de atualização periódica das mensagens de navegação. Os dados de determinação das órbitas são denominados efemérides.
O IGS (International GPS Service - Serviço GPS Internacional), estabelecido
pela IAG (International As-sociation of Geodesy - Associação Internacional
de Geodésia), tem capacidade de produzir efemérides com precisão da
ordem de poucos centímetros em cada uma das coordenadas do satélite,
permitindo atender à maioria das aplicações que exige alta precisão. Essas
efemérides ficam disponíveis aos usuários no prazo de 1 semana a partir da
coleta dos dados. O IGS produz também efemérides preditas, com precisão
da ordem de 1 m, disponibilizando-as, para a comunidade de usuários,
poucas horas antes do início de sua validade.
Uma vez que satélites dão uma volta completa em torno do planeta
a cada 12 horas, os satélites do GPS passam sobre algumas estações de
80
monitoramento do Segmento de Controle, duas vezes ao dia possibilitando
medir a sua altitude, posição e velocidade. As variações encontradas são,
geralmente, causadas por fatores tais como: atração gravitacional da Lua e
do Sol e pressão da radiação solar sobre o satélite. Uma vez obtida a posição do satélite, a Estação Mestre devolve essa informação para o próprio
satélite que a transmitirá para os receptores.
A comunicação dos satélites é bidirecional com as antenas terrestres, tanto recebem como enviam dados enquanto a comunicação dos receptores com os satélites é unidirecional, isto é, somente os satélites enviam dados (Figura 3.7).
Figura 3.7. Direção da comunicação em cada segmento.
(http://www.garmin.com/aboutGPS , 15/06/2008)
3.4.3 Segmento do Usuário
74B
Este segmento compreende os usuários do sistema, os tipos de receptores e os serviços de informações de apoio disponíveis.
3.4.3.1 Serviços Oferecidos e Tipos de Usuários
104BU
Os serviços oferecidos pelo sistema GPS são de dois tipos, de acordo com o acesso do usuário às informações:
O SERVIÇO DE POSICIONAMENTO PADRÃO - SPS: os usuários
desse tipo de serviço têm acesso aos dados do GPS como são transmitidos,
com todo tipo de degradação (SA) e criptografia do código P (AS), sendo
composta da comunidade civil com acesso ao código C/A sem restrição. O
81
uso civil é caracterizado pela não obtenção de coordenadas precisas, em
tempo real, por um único receptor.
O SERVIÇO DE POSICIONAMENTO PRECISO - PPS: os usuários
deste tipo de serviço tem acesso aos dados do GPS, como os dados dos
relógios dos satélites não adulterados (sem SA) e ao código P sem criptografia (sem AS), sendo composto dos militares dos EUA e usuários autorizados.
3.4.3.2 Receptores GPS
105BU
3.4.3.2.1 Componentes
15B
Os principais componentes dos receptores de sinais GPS, são a
ANTENA com pré-amplificador, uma SECÇÃO DE RADIOFREQÜÊNCIA
(RF) para identificação e processamento do sinal, MICROPROCESSADOR
para controle do receptor, amostragem e processamento dos dados,
OSCILADOR, responsável pela geração da freqüência interna do receptor,
INTERFACE com o usuário, como painel de exibição de dados e comandos
de operação, que permitem a configuração do receptor antes dos levantamentos, FONTE DE ENERGIA e MEMÓRIA para armazenar os dados coletados.
Sob o ponto de vista prático, especial interesse reside na antena utilizada, que deve garantir estabilidade do seu centro de fase em relação ao
seu centro geométrico e proteção ao multicaminhamento, sendo que esse
efeito é atenuado com a instalação da antena sobre um disco de metal
(ground plane) ou pelo uso de dispositivos compostos por faixas condutoras
concêntricas com o eixo vertical da antena e fixado ao disco (choke ring),
cuja função é de impedir que a maioria dos sinais refletidos sejam recebidos
pela antena.
3.4.3.2.2 Tipos de Receptores
156B
Os receptores podem ser divididos segundo vários critérios, dentre
os quais se destacam os seguintes:
3.4.3.2.2.1 Quanto ao Número de Freqüências
Podem-se encontrar receptores de:
179B
82
a) SIMPLES FREQÜÊNCIA: nos quais a antena desses receptores
recebem somente a freqüência L1 e o acesso para o código C/A é dado
pela correlação entre o sinal do satélite com uma réplica gerada no receptor.
b) DUPLA FREQÜÊNCIA: que recebem duas freqüências L1 e L2 e
podem ter acesso ao código C/A e ao código P.
3.4.3.2.2.2 Quanto ao Número de Canais
a) MONOCANAIS: que são os receptores que possuem apenas um
canal que se move rapidamente de um satélite para outro. Estes tipos de
receptores são construídos com um número reduzido de circuitos e por isso
são mais baratos. São mais lentos na atualização das coordenadas, imprecisos e são mais susceptíveis a perda de ciclo durante a observação;
b) MULTICANAIS: possuem vários canais independentes para rastrear, simultaneamente, cada satélite visível no horizonte.
180B
3.4.3.2.2.3 Quanto ao Tipo de Canais
Nesta categoria podem-se encontrar os receptores com canais do
18B
tipo:
a) SEQÜENCIAIS ou INDEPENDENTES: nos quais cada canal
rastreia um único satélite de cada vez, passando a captar dados de outro
satélite tão logo tenha armazenado dados suficiente para o cálculo das
coordenadas do ponto;
b) MULTIPLEXADOS: que tem funcionamento semelhante aos receptores de canais seqüenciais, mas apresentam a vantagem de serem
mais rápidos na mudança para a captação dos dados de outros satélites.
Possuem circuitos mais complexos, sendo mais precisos e mais caros.
3.4.3.2.2.4 Quanto ao Tipo de Sinal Observado
Existem receptores que rastreiam:
- Apenas código C/A;
- Código C/A e a portadora L1;
- Código C/A e as portadoras L1e L2;
- Códigos C/A e P e as portadoras L1 e L2;
- Somente a portadora LI;
- Portadoras L1 e L2 (receptores sem código).
182B
83
3.4.3.2.2.5 Quanto ao Tipo de Levantamento
a) NAVEGAÇÃO: São os equipamentos que fornecem o posicionamento em tempo real baseado no código C/A ou P. A distância satélitereceptor é medida através do tempo de propagação com precisão no SPS
da ordem de 3 a 10m e precisão PPS na ordem de 0.3 a 1 m, com a AS
desativada. Os aparelhos que usam o código P estão restritos ao uso militar
ou usuários atualizados. Se dotados de link de rádio podem receber correções diferenciais provenientes de uma estação base;
b) TOPOGRÁFICOS: Estes equipamentos trabalham com a fase
da portadora L1, com pós-processamento dos dados em software específico
e auxiliados por acessórios de apoio (tripés e bastões com nível de calagem) atingem uma precisão da ordem de 1cm. Existe ainda outros receptores, denominados de cadastrais que se distinguem dos anteriores pela sua
capacidade de armazenamento de dados alfanuméricos associados às
feições levantadas (ponto, linha, área). Uma vez que trabalham com o código ou com a fase apresentam precisões de 10 cm a 1m;
c) GEODÉSICOS: que são receptores de dupla freqüência (L1 e
L2). Os receptores de dupla freqüência com seus recursos eletrônicos sofisticados sofrem menos os efeitos da ionosfera e conseguem resolver a ambigüidade mais rapidamente, de modo que pode-se conseguir precisões em
pós-processamento da ordem de 5mm + 1 ppm com metade do tempo que
um receptor topográfico. São indicados para atividades como transporte de
coordenadas e controle de redes. Quando utilizados em trabalhos topográficos conseguem-se produtos de escala melhor que 1:1000. Os receptores
L1/L2 que rastreiam o código C/A e o código P em ambas as portadoras,
quando dotados de link de rádio podem ser utilizados para a determinação
de coordenadas em tempo real e competem com as modernas estações
totais na locação de obras;
d) HÍBRIDOS: que são receptores capazes de rastrear satélites da
constelação GPS, de origem norte americana com da constelação
GLONASS (Global Navigation Satellite System), de origem russa. São poucos receptores disponíveis no mercado e atualmente não apresentam vantagens significativas pela fraca manutenção dada ao sistema russo.
Independentemente do tipo de classificação, o que realmente é importante para o usuário é a precisão desejada para a aplicação requerida,
lembrando que esta é função de outros elementos, como por exemplo, o
tipo de posicionamento, a observável utilizada, o comprimento da linha
183B
84
base, o número, a geometria e a condição dos satélites observados, o tempo de observação, dentre outros.
3.5 Princípio Básico do Posicionamento
26B
Posicionamento consiste na determinação da posição de objetos
em relação a um referencial específico. Embora o GPS empregue alguns
dos equipamentos da mais alta tecnologia já construídos e softwares sofisticados, o princípio básico do posicionamento por satélite é relativamente
simples.
O cálculo de posicionamento do receptor GPS está baseado nas
distâncias entre o receptor e os satélites e, ainda, da posição de cada satélite no espaço cartesiano. Isso significa que se determina a posição na terra
medindo as distâncias para um grupo de satélites localizados no espaço. Os
satélites atuam, na realidade, como pontos de referência precisa.
O principio básico do posicionamento usado pelo GPS é conhecido
como trilateração eletrônica: determinando as distâncias de um ponto de
posição desconhecida a 3 outros pontos de posições conhecidas, então se
determina a posição do ponto desconhecido.
Para ilustrar, suponha
que na Figura 3.8 A, B e C
sejam 3 radiofaróis instalados
em uma região costeira em
posições conhecidas (latitude,
longitude e altitude) e que o
barco receba mensagem dos
radiofaróis informando suas
posições. Se algum equipamento no barco conseguir calcular
as distâncias aos 3 radiofaróis,
então, usando essas distâncias
juntamente com as coordenaFigura 3.8. Trilateração.
das dos radiofaróis, é possível
(http://blogs.businessmobile.fr/wpcalcular as coordenadas do
content/i/2006/05/bt2-5.jpg , 30/05/2009)
barco.
Para o caso de GPS então, sendo dado um sistema cartesiano de
referência, no caso WGS 84, um ponto A pode ser determinado por suas
coordenadas X, Y e Z (Figura 3.9).
85
Figura 3.9. Trilateração por satélite. (Robaina, 2006)
A idéia básica do posicionamento por satélites GPS, consiste em 3
procedimentos fundamentais:
Medir as distâncias satélite-receptor.
Determinar as coordenadas dos satélites Xs. Ys e Zs.
Calcular as coordenadas do receptor no ponto A (XA, YA e ZA).
3.5.1 O processo de trilateração a partir de satélites
75B
Inicialmente é conhecida a
localização de alguns satélites no
espaço. Se um objeto encontra-se a
certa distância do satélite 1, em
torno de 20.000 km, isso significa
que estará em algum lugar sobre
uma superfície esférica imaginária
que está centrada no satélite 1, cuja
esfera tem um raio de 20 000km
(Figura 3.10).
Sabendo que o mesmo objeto está também a 21.000km de
um outro satélite 2, então estará ao
mesmo tempo sobre uma outra
superfície esférica imaginária com o
raio de 21.000 km com centro no
Figura 3.10. Superfície de contorno em
um satélite.
86
satélite 2. Entretanto, somente um
lugar no universo poderá conter
esta posição, que fica, ao mesmo
tempo, a 20.000 km do satélite 1 e
a 21.000 km do satélite 2. Este
lugar é a circunferência formada
pela interseção das duas superfícies esféricas (Figura 3.11).
Sabendo que a distância
do objeto para um terceiro satélite é
de 22.000 km, da mesma forma que
Figura 3.11. Superfície de contato entre
dois satélites.
nos dois satélites anteriores, o objeto estará na superfície esférica com
raio de 22.000 km centrada no 3o
satélite. Nestas condições, existirão
somente dois pontos, no espaço,
onde o objeto poderá estar. Estes
dois pontos são aqueles onde a
superfície esférica de 22.000 km
corta a circunferência formada pela
interseção das superfícies esféricas
de 21.000 km e de 20.000 km.
Pela medição da distância
ao terceiro satélite fica reduzida a
área de incerteza à apenas dois
pontos no espaço (Figura 3.12).
A posição correta do objeto
Figura 3.12. Superfície de contato entre
é determinada a partir do fato de
três satélites.
que uma dessas é impossível de se
aceitar, normalmente localizado a
uma grande distância da Terra.
Os programas de cálculo dos receptores GPS possuem técnicas
que permitem identificar com segurança o ponto correto de nossa localização.
Os receptores GPS utilizam este princípio, usando satélites como
pontos de referência, para triangular a sua posição na superfície da Terra.
Embora em movimento, os satélites podem ser considerados como âncoras
87
no processo de amarração do posicionamento, pois os receptores realizam
cálculos instantâneos a cada segundo.
3.5.2 Medição da Distância Satélite-Receptor
76B
Existem duas formas utilizadas para a medição da distância do satélite ao receptor: através do tempo de propagação do sinal e através da
medida de fase da portadora.
3.5.2.1 Pelo Tempo de Propagação - Código C/A ou P
106BU
A necessidade de posicionamento instantâneo em algumas aplicações de GPS é satisfeita através do posicionamento por pseudo-distância
ou também conhecida por posicionamento por código. A peseudodistância
nada mais é que a distância do receptor a um satélite, calculada com base
no tempo de trânsito do sinal, desde o satélite até o receptor. O tempo de
trânsito (dt) é obtido mediante comparação, entre o código recebido do
satélite e uma réplica deste, gerada no receptor (Figura 3.13). A defasagem
entre os dois códigos (o recebido e o gerado no receptor), possibilita determinar o tempo de trânsito do sinal transmitido pelo satélite, desde que haja
um perfeito sincronismo entre os relógios do satélite e o do receptor.
Figura 3.13. Defasagem do código C/A. (Robaina, 2006)
O posicionamento do receptor GPS é calculado com base na sua
distância para os satélites no espaço. Portanto, precisamos de um método
para calcular essa distância. Surpreendentemente, a idéia básica está na
velha fórmula D = V · T (Distância é igual a Velocidade multiplicada pelo
Tempo), das aulas de Física.
Como visto anteriormente cada satélite transmite, simultaneamente, (em acurado sincronismo), duas ondas portadoras, a L1 e a L2. As ondas
(eletromagnéticas) destas portadoras, se deslocam a velocidade da luz que
88
é de 300.000 km/s (valor aproximado). Assim, de posse do tempo de trânsito do sinal e multiplicando este tempo, expresso em segundos, por 300.000
km/s, obtém-se a nossa distância para o satélite. Na equação D = V.T se
conhece a velocidade que é de 300.000 km/s, sendo o tempo T determinado na seqüência.
Os relógios necessitam ser muito precisos de modo a registrar espaços de tempo muito curtos, uma vez que a onda eletromagnética move-se
muito rapidamente. Para se ter uma idéia: um satélite que estivesse a uma
distância de 20.200km, uma mensagem transmitida por ele levaria aproximadamente 0,066 segundos para alcançar a superfície da Terra. Este tipo
de acuracidade só é possível por meio de relógios eletrônicos muito precisos. Os relógios de pulso marcam o tempo com razoável precisão, mas,
mesmo assim, são inaceitáveis para os cálculos do GPS. Os relógios dos
receptores GPS são muito mais precisos. A maioria dos receptores pode
9
medir o tempo com uma acuracidade de nano segundos (10 segundos).
3.5.2.2 Pela Diferença de Fase - Portadora L1 ou L2
107BU
A distância satélite-receptor é determinada pela medida da fase a
(parte fracionária do comprimento de onda λ) adicionada à contagem de
ciclos inteiros de comprimentos de onda β) e o número inteiro de ciclos de
onda desconhecidos N (ambigüidade) (Figura 3.14).
Distância: R = (φ + N ).λ
Figura 3.14. Posicionamento pela portadora. (Robaina, 2006)
89
Sendo φ = α + β na qual α é a medida de fase (fração do comprimento de onda) e β é o número de ciclos inteiros contados a partir do "lockon" com o satélite e λ o comprimento de onda (L1 = 19,0 cm e L2 = 24,4
cm).
3.5.3 Coordenadas dos Satélites Xs, Ys e Zs
7B
A obtenção das coordenadas dos satélites pode ser obtida por duas diferentes alternativas, através das efemérides transmitidas pelos satélites ou as efemérides precisas, as quais podem ser obtidas com diferentes
níveis de precisão.
3.5.3.1 Efemérides Transmitidas
108BU
Os sinais transmitidos pelos satélites GPS fornecem através da
mensagem de navegação (Código D) os elementos orbitais necessários
para o cálculo das coordenadas de cada satélite (XSl Ys e Zs), bem como
os coeficientes para a correção do relógio dos satélites. As coordenadas
obtidas estão associadas ao WGS 84 e são as utilizadas para a determinação das coordenadas do receptor (XA, YA e ZA) em tempo real ou pós
processadas (Quadros 04, 05 e 06).
Quadro 05. Tipos de efemérides precisas.
Acurácia
Tipo
Coordenadas
(cm)
Relógio
(ns)
Disponibilidade
IGS - Precisas
5
0,3
De 7 a 10 dias após o rastreio
IGR - Rápidas
10
0,5
Até 48 horas após o rastreio
IGP - Preditas
50
150
Horas antes do dia a que se refere
3.5.4 Cálculo das Coordenadas do Receptor X, Y e Z
78B
O cálculo das coordenadas da antena do receptor envolve tipos de
medidas efetuadas, modelos matemáticos empregados e modos de posicionamento utilizados.
90
Quadro 06. Exemplo do arquivo de efemérides precisas - coordenadas X s ,
Y s , Z s e δ j (t ) .
R
R
R
R
R
R
3.6 Fatores que Afetam a Precisão do Posicionamento por
Ponto
27B
3.6.1 Erros relacionados aos satélites
79B
3.6.1.1 Não Sincronização do Relógio do Satélite com Tempo
109BU
GPS
A mensagem de navegação traz os coeficientes necessários para o
cálculo da correção do relógio dos satélites, na época da realização das
medidas.
A expressão utilizada para realizar correção ou a sincronização do
tempo no relógio do satélite com o tempo GPS é dada por:
91
Na qual a 0 , a 1 , a 2 e t oc são obtidas na mensagem de navegação,
R
R
R
R
R
R
R
R
sendo ts = Ts + δ o tempo na escala GPS, na qual, t s é o tempo na escala
do relógio do satélite.
j
R
R
3.6.1.2 Forma de Cálculo das Coordenadas dos Satélites
10BU
As informações orbitais podem ser obtidas a partir das efemérides
transmitidas pelos satélites ou a partir das pós-processadas pelo segmento
de controle do sistema GPS, denominadas efemérides precisas ou ainda
pelo uso das efemérides preditas pelo IGS (Internacional GPS Service).
O Quadro 07 demonstra o erro esperado na determinação de uma
linha base de diferentes comprimentos utilizando diferentes fontes para o
cálculo das coordenadas dos satélites (X s , Y s e Z s ).
R
R
R
R
R
R
Quadro 07. Erro em função da fonte de coordenadas para os satélites.
Efemérides
Erro orbital (m) Linha base (km) Erro linha base (cm)
10
0,5
Transmitidas
10
100
5
1000
50
10
1
Transmitidas
20
100
10
1000
100
10
0,05
IGS - Preditas
1
100
0.5
1000
5
10
0,005
IGS - Precisas
0,1
100
0,05
1000
0,5
3.6.1.3 Atraso Entre as Portadoras no Hardware do Satélite
1BU
Esse tipo de erro é função dos diferentes caminhos eletrônicos
percorridos através do hardware do satélite. Durante a fase de teste do
satélite, a grandeza desse atraso é determinada e caracterizada por um
valor corretivo, designado por Tgd, que é introduzido na mensagem de
navegação para ser transmitida ao receptor do usuário.
92
Os softwares dos receptores devem corrigir o erro do relógio do satélite, para o caso da portadora L1 através de
e
para o caso dos receptores que rastreiam também
a portadora L2.
3.6.1.4 Distribuição Geométrica dos Satélites - DOP
12BU
A relação entre o desvio padrão das observações ρ r , e o desvio
padrão associado à posição ρ , é descrito por um escalar que é usado na
navegação: o Dilution Of Precision (DOP). O fator DOP descreve o efeito da
distribuição dos satélites no espaço sobre a precisão obtida na solução de
navegação, sendo estimado por ρ = DOP.ρ r . O melhor valor possível para o
DOP é igual a 1 e o pior é igual a infinito.
O fator DOP tem diferentes definições, tais como ρ H = HDOP.ρ r para o posicionamento horizontal, ρV = VDOP.ρ r para o posicionamento vertical, ρ P = PDOP.ρ r para o posicionamento em 3D e ρ T = TDOP.ρ r para a
determinação do tempo.
A combinação do PDOP e TDOP cria uma nova designação para o
DOP que é o GDOP (Geometric Dilution Of Precision), sendo
GDOP = ( PDOP) 2 + (TDOP) 2 .
O GDOP é interpretado como sendo a razão entre o erro no posicionamento e o erro inerente do sistema GPS. O valor de GDOP deve ser
pequeno (inferior a 6) (Figura 3.15).
Figura 3.15. Posição dos satélites e GDOP.
93
(http://www.javad.com /jns/gpstutorial/images/GDOP3.gif , 31/05/2009)
O GDOP expressa a influência da
geometria e do tempo na qualidade das observações, onde pequenos valores indicam
boa geometria para os satélites selecionados
e também pequenos erros no posicionamento
e na determinação da medida do tempo.
Nos visores dos receptores GPS de
navegação é informada a precisão associada
a atual posição do aparelho (Figura 3.16).
Esta precisão é fornecida a partir de
equações as quais levam em consideração o
HDOP para o momento, informações de preFigura 3.16. Visor de um
cisão enviadas através do sinal de navegação
receptor de navegação.
(efemérides) pelo satélite e ainda, o nível de
precisão que está sendo adotado para o posicionamento, se de 1 desvio
padrão (68%), 2 desvios padrões (95%) ou 3 desvios padrões (99%). O
desvio padrão adotado é determinado pelo fabricante do aparelho. Sendo
que, por exemplo, se estiver sendo adotado um nível de 68% para o posicionamento da Figura 4.16, isso quer dizer que há uma chance de ter a
coordenada dada pelo aparelho em algum lugar em um raio de 9 metros no
entorno do aparelho, fixada em 68%.
3.6.1.5 Disponibilidade Seletiva - SA
13BU
O objetivo é o de degradar, propositalmente, a obtenção de coordenadas precisas com um único receptor pelos usuários do SPS. Existem
duas formas de implementar a SA: alteração da freqüência fundamental do
oscilador do satélite, afetando tanto as portadoras como os códigos; e, o
truncamento das informações transmitidas na mensagem de navegação
necessárias (efemérides) para o cálculo das coordenadas dos satélites.
3.6.2 Erros relacionados à propagação do sinal
80B
3.6.2.1 Atraso na lonosfera ( ΔI )
14BU
U
O atraso no tempo de propagação do sinal devido a sua passagem
na ionosfera pode ser medido, modelado ou ignorado, sendo que o efeito de
94
cada atitude tem reflexo direto nos cálculos das coordenadas do receptor
(Figura 3.17).
A medida do atraso ionosférico
é realizada por receptores de dupla
freqüência, sendo o principal motivo do
uso da portadora L2 nos receptores. Nos
receptores de uma freqüência L1, o
atraso ionosférico é obtido através de
modelos específicos, sendo que para a
sua utilização os coeficientes do modelo
são transmitidos na mensagem de navegação. Dentre os modelos da ionosfera
existentes, destaca-se o modelo de
Klobuchar.
O cálculo do atraso ionosférico
é feito a partir do conhecimento do azimute Az e da elevação E do satélite (Zo Figura 3.17. Atraso ionosférico.
(Robaina, 2006)
= 90° - E), em relação ao horizonte da
antena do receptor.
3.6.2.2 Atraso na Troposfera ( ΔT )
15BU
O atraso do sinal na troposfera pode modelado ou ignorado, sendo
que o efeito de cada atitude tem reflexo direto no cálculo das coordenadas
do receptor, tal como no caso da ionosfera, sendo a diferença fundamental
que esse efeito não pode ser medido pelo receptor. Os modelos de cálculo
disponíveis, utilizam valores padrão para a temperatura T = 20° C, para a
pressão atmosférica P = 1000 hPa e para a umidade relativa do ar Ur = 50%
ou valores dessas variáveis medidos no local e na hora do rastreio. Dentre
os vários modelos desenvolvidos, apresenta-se o modelo da troposfera de
Hopfield.
O atraso na propagação do sinal GPS na troposfera pode ser dividida em duas componentes: a componente seca e a componente úmida,
sendo que a componente seca pode ser modelada pela expressão matemática em função da temperatura, da pressão atmosférica e do ângulo de
elevação do satélite em relação ao plano do horizonte do receptor:
95
Na Figura 3.18 pode-se observar o efeito do ângulo de elevação E
do satélite sobre o atraso na componente seca e na componente úmida
quando na sua passagem na camada da atmosfera denominada de troposfera.
Figura 3.18. Efeito da posição do satélite. (Robaina, 2006)
Na Figura 3.19 pode-se observar o esquema ilustrativo de um sinal
de radiofreqüência propagando-se na atmosfera, desde um satélite até um
receptor localizado na superfície terrestre. O Atraso Zenital Troposférico é a
diferença entre a trajetória curva (traço contínuo) e a distância geométrica
(traço intermitente) devido à diminuição da velocidade de propagação e o
aumento da curvatura da trajetória do sinal causados pela influência dos
gases que se concentram na baixa atmosfera terrestre.
Figura 3.19. Efeito do Atraso Zenital Troposférico
(http://pituna.cptec.inpe.br /zenital/img/imagem1.jpg , 31/05/2009)
96
3.6.2.3 Multicaminhamento
16BU
O sinal pode chegar à antena do receptor por caminhos diferentes,
direto e indireto (Figura 3.20). O caminho indireto causado pela reflexão em
superfícies vizinhas à antena, tais como construções, carros, árvores, massas de água e cercas, dentre outros, produz distorções na fase da portadora
e no código modulado sobre a portadora, degradando a qualidade do posicionamento. Em geral, não há um modelo para tratar o efeito do multicaminhamento, pois as situações geométricas dos diferentes locais variam de
forma arbitrária. A forma de atenuação do efeito é aumentar o tempo de
coleta, o uso de antenas capazes de atenuar o efeito do multicaminhamento
(antenas chok-ring) e evitar os fatores que podem causar esse efeito, como
não posicionar a antena do receptor próximo a edificações, por exemplo.
Figura 3.20. Representação do multicaminho do sinal.
(http://www8.garmin.com/aboutGPS , 15/06/2008)
3.6.2.4 Perda de Ciclos
17BU
Esse tipo de problema ocorre devido à obstrução do sinal de um ou
mais satélites, de modo que não sejam captados pela antena do receptor. A
perda do sinal acarreta a perda na contagem do número inteiro de ciclos
medidos pelo receptor, sendo que a ocorrência deste problema é denominada de perda de ciclos (cycle slips), a qual produz uma descontinuidade
das medidas. As causas não são restritas somente as obstruções, mas
97
também podem ser causadas por aceleração da antena, variações bruscas
na atmosfera, interferências de outras fontes de rádio e problemas com o
hardware do receptor. A localização desse tipo de ocorrência e a determinação de sua magnitude é denominado de correção de perdas de ciclos (cycle
slip fixing).
3.6.3 Erros relacionados ao receptor/ antena
81B
3.6.3.1 Erro do Relógio
18BU
Os receptores são equipados com osciladores de quartzo, que
possuem boa estabilidade e são de custo relativamente baixo. Cada receptor possui a sua própria escala de tempo, definida pelo oscilador interno, a
qual difere da escala de tempo GPS. Alguns receptores permitem a utilização de padrões externos de tempo, de custo muito elevado, normalmente
utilizados na pesquisa ou em determinações de redes de alta precisão. No
caso do posicionamento relativo, os erros dos relógios é praticamente eliminado, sendo suficiente a utilização dos osciladores de quartzo. Os receptores devem estar sincronizados entre eles na ordem de 1 milisegundo e em
relação a escala de tempo GPS deve apresentar uma diferença da ordem
de 1 micro segundo.
3.6.3.2 Erro entre os Canais
19BU
No caso de receptores multicanais, existe a possibilidade de ocorrer erro sistemático entre os canais, uma vez que o sinal de cada satélite
percorrerá um caminho eletrônico diferente. Para corrigi-lo, o receptor dispõe de um dispositivo que realiza uma calibração no inicio de cada levantamento. Cada canal rastreia, simultaneamente, um satélite em estudo e determina os erros em relação a um canal tomado como padrão e todas as
medidas posteriores serão corrigidas desse valor.
3.6.3.3 Centro de Fase da Antena
120BU
O centro de fase eletrônico da antena é o ponto onde as medidas
dos sinais são referenciados e nem sempre coincide com o centro geométrico da antena. A diferença varia com a intensidade do sinal, com a direção
do sinal e não é igual para as duas portadoras. Para levantamentos de alta
98
precisão, todas as antenas devem ser calibradas e as antenas iguais orientadas na mesma direção não apresentam maiores problemas, uma vez que
as discrepâncias são praticamente iguais e, de certa forma, eliminadas no
posicionamento relativo.
3.6.4 Erros relacionados à estação
82B
3.6.4.1 Coordenadas da Estação
12BU
O posicionamento relativo determina a diferença entre as coordenadas dos pontos da base e as coordenadas do ponto de interesse, significando que o comprimento e a orientação da linha base podem estar corretos. A informação errada das coordenadas da estação de referência se
propagará para as coordenadas da outra estação, induzindo a um erro de
localização. Erros da ordem de 5 m nas coordenadas da base podem produzir erros de 1 ppm, aproximadamente, nas coordenadas geodésicas (ϕ,l
e h).
3.6.4.2 Estacionamento da Antena no Ponto de Coleta
12BU
A atividade de identificação do ponto, centragem, nivelamento e
medição do centro de fase da antena do receptor pode se constituir em
fontes de erros nas operações com GPS a campo. Por isso, é importante
adotar-se alguns procedimentos de segurança, principalmente porque os
erros ocorridos nesta fase só poderão ser detectados se houver repetição
das medidas da linha base. O nivelamento e a centragem da antena devem
ser verificados antes e depois de cada sessão de observação. A medição da
altura do centro de fase da antena sobre o marco deve ser realizada antes e
depois de cada sessão, efetuando-se a medida ao nível do milímetro e
registrando-se os valores no relatório de ocupação. Alguns modelos de
antena requerem sua orientação para o norte verdadeiro (ou magnético),
sendo dotadas de uma indicação (seta) que deverá ser direcionada para o
norte.
3.6.4.3 Erro Grosseiro Devido a Diferença de Datum
123BU
Atualmente as cartas no Brasil, utilizam um sistema de referencia
do tipo local, denominado SAD 69 (South American Datum 69), por com99
promissos internacionais. As cartas mais antigas utilizavam o sistema de
referência local denominado Córrego Alegre.
Se, por exemplo, na locação de uma estrada municipal, que foi aberta depois da carta confeccionada, cujo datum horizontal é SAD 69, deve
se tomar cuidado para que as coordenadas a serem plotadas sobre a carta,
estejam no mesmo sistema de referência, a fim de se evitar esse tipo de
erro grosseiro (Figura 3.21).
Figura 3.21. Erro de posicionamento devido ao Datum. (Robaina, 2006)
3.6.5 Comparação das Diversas Fontes de Erros nas Medidas
83B
Na Figura 3.22 estão representadas as fontes de erro de maior influência no posicionamento
absoluto.
Por determinação
do governo norte americano a SA foi desativada em
maio de 2000.
Figura 3.22. Dimensão se cada uma das
fontes de erro em metros. (Robaina, 2006)
100
3.7 Altimetria com GPS
28B
Existe uma grande expectativa no uso do GPS no levantamento aitimétrico do terreno para implantação de diferentes tipos de projetos de
engenharia, que envolve grande quantidade de pontos a ser levantados
para gerar um modelo digital da elevação do terreno.
O levantamento do terreno por métodos convencionais (nivelamento geométrico ou trigonométrico) envolve altitudes em relação ao nível médio dos mares denominada de altura ortométrica H, diferença entre o ponto
na superfície real e o geóide. A altitude determinada no levantamento de
pontos no terreno com o GPS é denominada de altura elipsoidal ou geométrica h, diferença de altitude do ponto na superfície real e o elipsóide, tem
significado apenas matemático e sem significado físico (Figura 3.23).
O modelo matemático que relaciona os dois tipos de altitudes, pode
ser expresso por:
H = h - No
Onde, No denomina-se de ondulação geoidal, sendo uma relação
aproximada em virtude das grandezas envolvidas não serem co-lineares.
Figura 3.23. Relação entre a altitude elipsoidal e geoidal. (Robaina, 2006)
3.7.1 Modelo de Ondulação Geoidal (No)
84B
Existem modelos matemáticos denominados de modelos de ondulação geoidal globais e mesmo modelos de ondulação de caráter regional
que deixam muito a desejar quanto a acurácia na determinação da altitude
ortométrica de pontos do terreno, a partir da altitude geométrica fornecida
pelo GPS, dentre os quais aparecem os modelos geoidais globais OSU
101
(Ohio State University 1991) e o EGM 96 (Earth Goddard Model 96) (Figura
3.24) bem como o mapa geoidal MGB-92 (IBGE/EPUSP), adotado oficialmente no Brasil, que proporciona ondulação geoidal com precisão absoluta
da ordem de 3m e relativa da ordem de 1 cm/km.
Figura 3.24. Ondulação geoidal. (Robaina, 2006)
Os resultados que os modelos anteriores podem proporcionar, deve-se buscar trabalhar com modelos de ondulação geoidal locais, gerados
para cada local onde houver a necessidade.
3.8 Método Diferencial
29B
3.8.1 Com o Código (DGPS)
85B
O DGPS - Differencial
Global Positioning System - é
uma técnica de medição baseada no código C/A, cujo principal
objetivo desse método é a eliminação dos erros sistemáticos
de navegação, sobretudo em
função do SA. Com a alternativa
do DGPS o erro fica na ordem
de 1 a 3 metros no receptor
móvel (Figura 3.25).
Figura 3.25. Correção diferencial.
102
Um receptor GPS é colocado fixo num ponto com coordenadas
previamente determinadas. Através da comparação de valores obtidos pelo
rastreio dos satélites com os valores conhecidos, são obtidas as correções a
serem aplicadas.
Existem duas formas de obtenção das correções a serem aplicadas: diferenças de pseudodistâncias (R) e diferenças de coordenadas (X, Y
e Z), sendo as correções que utilizam a diferença de pseudodistâncias a
forma mais precisa. Em relação à época de aplicação das correções, esta
pode ser em tempo real ou pós-processada.
Quando se exige a posição da antena do receptor móvel em tempo
real é necessário que o receptor da estação de referência (ou base) determine as correções (pseudodistâncias ou coordenadas) e as transmitam, via
rádio, para que sejam recebidas e aplicadas as pseudodistâncias ou as
coordenadas do receptor móvel (DGPS por rádio) (Figura 3.26).
Figura 3.26. Envio da correção por link de rádio.
(http://www8.garmin.com/aboutGPS , 15/06/2008)
No Brasil, empresas privadas como a RACAL, a FUGRO e a
OMNISTAR estão explorando o DGPS, via satélite, através de redes de
estações no Brasil e na América do Sul (DGPS por satélite) (Figura 3.27).
Quando não é exigida a posição da antena do receptor móvel em
tempo real é necessário que o receptor da estação base determine as correções (pseudodistâncias ou coordenadas) e as armazene para serem usadas posteriormente por um programa computacional de processamento
(pós-processamento).
103
Figura 3.27. Envio da correção por satélite. (Robaina, 2006)
3.8.2 Com a Fase da Portadora
86B
Se a solução das ambigüidades for realizada em movimento (OTF)
e a transmissão das correções for em tempo real para um receptor em movimento o método de posicionamento é denominado de Real Time Kinematic (RTK).
Tanto maior a precisão desse tipo de processamento, quanto menor for a latência dos dados e se caso a latência for nula, tem-se uma solução de pós-processamento, o que também é válido para o caso do DGPS
com código.
3.9 Posicionamento Relativo
30B
O posicionamento relativo é semelhante ao diferencial quanto ao
uso de um dos receptores fixo servindo como referência ou base e o outro
(ou outros) como móvel (ou móveis), mas difere daquele por não receberem
correções a serem aplicadas em tempo real. Normalmente, são utilizados
quando se quer maior precisão, tanto estáticos quanto cinemáticos, sendo
as coordenadas desconhecidas determinadas a partir da combinação dos
dados das estações envolvidas em programas de pós-processamento. Apesar de o código poder ser utilizado, preferencialmente é utilizada a diferença
de fase da portadora.
Neste tipo de posicionamento, o modelo matemático utilizado, pelos programas comerciais de pós-processamento é obtido pela combinação
104
dos dados entre estações e satélites, denominada de dupla diferença de
fase. Ainda os programas comerciais lançam mão da combinação chamada
tripla diferença de fase, cuja principal aplicação é na detecção e correção de
perdas de ciclo da portadora.
3.9.1 Modelos Utilizados na Solução da Diferença de Fase
87B
A partir do modelo matemático do posicionamento absoluto com a
diferença de fase da portadora (diferença de fase pura) podem se obter os
modelos matemáticos: o das simples diferenças, o das duplas diferenças e
o das triplas diferenças de fase.
3.9.1.1 Dupla diferença de fase
124BU
A dupla diferença de fase consiste na diferença entre duas simples
diferenças de fase, envolvendo dois receptores e dois satélites (Figura
3.28).
Figura 3.28. Dupla diferença de fase. (Robaina, 2006).
Sejam dois receptores A e B, onde a posição A tem suas coordenadas conhecidas, rastreando dois satélites J e K, simultaneamente. A
equação resultante dessa combinação mostra que a influência do erro correspondente ao relógio do satélite foi eliminado e a influência da refração
atmosférica (troposfera e ionosfera) foi reduzida e podem até desaparecerem se forem iguais nas duas estações A e B, bem como foram cancelados
os erros do relógio dos receptores.
105
O modelo da dupla diferença de fase, na forma condensada, é representado pela expressão:
O termo
é denominado de ambigüidade da dupla diferença e
a equação da dupla diferença é normalmente a combinação utilizada na
maioria dos programas computacionais de pós-processamento, em virtude
da eliminação dos erros sistemáticos envolvidos nos modelos originais.
3.9.2 Tipos de Posicionamento Relativo
8B
Dentre os métodos de posicionamento relativo, quanto ao estado
do receptor (parado ou se movimentando), na época da coleta (gravação ou
armazenamento) pode-se destacar dois métodos: o posicionamento estático
e suas variações e o posicionamento relativo cinemático.
3.9.2.1 Posicionamento Relativo Estático
125BU
Técnica tradicional de medição GPS, onde cada estação é ocupada até que uma quantidade suficiente de dados tenha sido coletada para
quatro ou mais satélites.
O tempo de observação varia de acordo com a quantidade de satélites, as condições atmosféricas, o tipo de receptor e o comprimento da linha
base. Experiências com GPS geodésico mostram que esse método exige de
1 a 4 horas. No caso de GPS de freqüência simples os tempos de ocupação
poderão ser duas vezes maiores.
O método estático é ideal para distâncias maiores que 15km, sendo utilizado para implantação, controle e densificação de redes geodésicas,
estabelecimento de pontos de controle para aerofotogrametria e para vários
outros trabalhos de precisão.
3.9.2.2 Método Relativo Estático Rápido
126BU
Esse método é uma variação do método estático, que foi desenvolvida para bases curtas, menores que 15 km, mas segue as mesmas diretrizes do método estático.
106
Para bases curtas e com uma boa geometria da constelação, um
receptor geodésico (dupla freqüência), pode resolver a ambigüidade em um
tempo menor que o método estático. O tempo de observação com receptores de dupla freqüência é variável, mas da ordem de 10 a 20 minutos e os
receptores podem ser desligados entre uma estação e outra. Esse método é
muito utilizado para adensamento de redes e outros trabalhos geodésicos
que requerem alta precisão com um tempo menor.
3.9.2.3 Método Reocupação
127BU
Esse método é outra variação do método estático, sendo especialmente desenvolvido para situações em que se tem menos de 4 satélites
disponíveis.
O método consiste em ocupar as mesmas estações várias vezes e
utilizar todos os dados coletados para calcular as coordenadas das estações.
Se, por exemplo, em uma dada situação, na primeira etapa de medição, houver apenas 3 satélites disponíveis e, na segunda etapa, também
houver apenas 3 satélites, o processamento será realizado como se tivessem sido observados 6 satélites. O tempo recomendado para reocupar uma
mesma estação é no mínimo 1 hora após a ocupação precedente.
O método reocupação é ideal para levantamentos em situações em
que se tem uma configuração pouco privilegiada para a operação de um
sistema GPS.
3.9.2.4 Método Relativo Semi-cinemático (Stop and Go)
128BU
A idéia básica do método é que inicialmente as ambigüidades devem ser resolvidas com um tempo de 10 a 20 minutos, sendo esse processo
conhecido como INICIALIZAÇÃO, para num segundo momento, movimentar-se (go) um dos receptores para um ponto de interesse para realizar uma
coleta estática (stop) por um curto intervalo de tempo e mantendo-se o outro
em uma estação fixa. A inicialização pode ser feita por 3 modos de inicialização:
1- determinação de uma base com longo período de ocupação;
2 - curto período de ocupação sobre uma base conhecida e
3 - troca de antenas, este último menos utilizado.
107
O método exige que se mantenha a comunicação em modo contínuo com os satélites durante todo o processo de medição, sendo a sua
principal limitação. Cada vez que ocorre uma perda de ciclo (cycle slip) é
necessário permanecer no próximo ponto até que a ambigüidade seja resolvida novamente (aproximadamente 2 minutos). Os GPS topográficos e
cadastrais indicam que esse método exige tempo de medição de ordem de
10 a 20 minutos para cada estação, sendo um método ideal para ser utilizado em cadastros e serviços topográficos rotineiros, em áreas com poucas
obstruções.
3.9.2.5 Método Relativo Cinemático
129BU
O método cinemático tem sua maior aplicação na determinação de
trajetória de objetos em movimento. Pode também ser utilizado para o levantamento de perfis (estradas), determinação de posição de barcos e aviões. Os dados desse tipo de posicionamento podem ser processados após
a coleta (pós-processados) ou durante a coleta (tempo real).
3.9.2.6 Cinemático Pós-Processado
130BU
No método cinemático mede-se a posição relativa dos pontos levantados em um intervalo de tempo pré-definido pelo usuário, com o receptor deslocando-se continuamente, mantendo-se a sintonia com os satélites.
Os dados que descrevem o objeto em movimento são armazenados para posterior pós-processamento no escritório, sendo que existem
duas opções para a solução das ambigüidades: solucioná-lo antes de iniciar
o movimento ou estimá-lo em conjunto com os dados coletados em movimento.
3.9.2.7 Cinemático em Tempo Real
13BU
Existem algumas aplicações que necessitam que se conheça as
coordenadas da antena do receptor em tempo real e para que esse objetivo
seja alcançado é necessário que o receptor em movimento receba e aplique
correções transmitidas por uma estação de referência, o que requer um link
de rádio para essa finalidade.
Esse método é conhecido como Real Time Kinematic ou RTK,
sendo constituído por dois receptores de (dupla ou simples freqüência) com
108
suas antenas e dotados de um link de rádio, sendo uma das limitações
desse método a distância entre os receptores, que deve ser da ordem de 4
km, devido a transmissão das correções serem feitas em VHF ou UHF.
Uma exigência desse método é a necessidade de resolver as ambigüidades em movimento (OTF), o que pode se traduzir numa grande vantagem se esse método for utilizado em aplicações estáticas, reduzindo o
tempo de observação.
A partir de cada um dos métodos discutido e das características inerentes a estes na busca da solução para as coordenadas de um levantamento, pode-se traçar a seguinte tabela do tempo mínimo em função da
precisão, Quadro 08.
Quadro 08. Métodos de levantamento e seu respectivo tempo e precisão
esperada.
Método de medição
Tempo de Observação
Precisão
Absoluto
30 - 60 seg
30m - 100m
DGPS
Tempo Real
1m - 3m
Cinemático
1 seg
10cm - 1m
Stop and Go
10 a 20 seg
10cm - 20cm
Rápido Estático
10 a 20 min
1cm + 1ppm
Estático
1 - 4 horas
5mm + 1ppm
3.10 Redes de Apoio ao Posicionamento
31B
3.10.1 Estação de Controle Ativo
89B
Essas estações funcionam, dê modo permanente e contínuo, como
um ponto de coordenadas conhecidas para serem utilizadas no processamento diferencial, possibilitando aos usuários que possuam apenas um
receptor, desenvolver suas atividades de posicionamento dentro da região
atendida, adquirindo posteriormente o arquivo coletado pela ECA na estação mais próxima do seu local de interesse.
3.10.1.1 Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC)
132BU
O IBGE, dentro de suas atribuições de gerenciamento do SGB implantou uma rede de estações GPS, com coordenadas de precisão geodésica, melhor do que 1:100.000 (Figura 3.29).
109
As estações, com raio de ação de 500 km, equipadas com receptores de dupla freqüência, funcionam de forma permanente coletando e armazenando dados dos satélites. Os arquivos de dados podem ser obtidos pela
INTERNET, sendo que o caminho para acesso inicia no endereço eletrônico
www.ibge.gov.br, após procura-se Geociências e depois Geodésia e depois
RBMC - Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo.
São fornecidos dois tipos de arquivos. Um com as informações da
estação solicitada tais como coordenadas geodésicas e altura da antena
cujo nome é XXXX.PDF e tem aproximadamente 6Kb, sendo XXXX o código da estação e outro arquivo que contém as informações para cada dia,
identificados como XXXXDDD1.ZIP (aproximadamente 1,6 Mb) e DDD significa o dia Juliano do ano e 1 significando arquivo único (24 horas).
H
H
Figura 3.29. Rede RBMC. (http://www.ibge.gov.br, 30/05/2009)
Cada arquivo compactado contém 2 arquivos no formato RINEX: o
arquivo de observações (XXXXDDDD.AAO) e o arquivo de navegação
(XXXXDDDD.AAN).
Por exemplo, o arquivo de informações da estação de Santa Maria
- RS é SMARSAD.PDF e os dados serão encontrados dentro de um arquivo, baixado (download) para o computador do usuário de nome
SMAR0891.ZIP após a digitação da data desejada. Os arquivos a serem
110
extraídos terão o nome SMAR0891.09o e SMAR0891.09n, que correspondem aos arquivos RINEX dos dados de observação no dia 30 de março de
2009, gravados a uma taxa de 15 segundos e o arquivo dos dados de navegação correspondente, ver o exemplo do Quadro 09.
Quadro 09: Arquivo de observação - Bases da RBMC – IBGE.
3.10.1.2 Rede INCRA de Bases Comunitárias do GNSS - (RI13BU
BaC)
A Rede INCRA de Bases Comunitárias do GNSS - RIBaC é um
conjunto de estações ativas de referência do GNSS, implantadas em diversos pontos do território brasileiro e tem o propósito auxiliar a execução dos
serviços de georreferenciamento, fornecendo correções relativa e diferencial
das observações coletadas pelos receptores de sinais do GNSS, em qualquer dia, a qualquer hora, permitindo que correções pós-processadas sejam
efetuadas, por qualquer usuário, sem ter que se deslocar para o ponto de
referência escolhido (Figura 3.30).
Projetada inicialmente para funcionar com 80 estações, 45 já instaladas, das quais 32 se encontram em operação plena, homologadas pelo
IBGE, órgão gestor do Sistema Geodésico Brasileiro. Ao final da instalação
111
de todas as 80 estações, a distância média entre as mesmas será de 250
km.
A RIBaC é constituída por receptores próprios do INCRA, de dupla
freqüência (L1/L2), que acessam observações do GPS (15 estações), incluindo as observáveis L2C e L5 e do GLONASS também (65 estações).As
observáveis do GPS/GLONASS são acumuladas discretamente (a cada
segundo) por cada uma das estações de referência e são publicadas a cada
hora plena, pelo servidor da RIBaC, com taxa de gravação de 5 segundos.
Cada arquivo publicado, após a compactação (.zip), ocupa, em média, um
espaço de 260 kb e são disponibilizados no formato RINEX.
Figura 3.30. Rede RIBaC. (http://ribac.incra.gov.br/ribac , 30/05/2009)
Os arquivos de dados podem ser obtidos pela INTERNET, no endereço eletrônico http://ribac.incra.gov.br/ribac, sendo que, os dados das
estações de referência da RIBaC, são armazenados com uma taxa de gravação de 5 segundos, com a seguinte nomenclatura dos arquivos:
H
H
112
AAMMDDHH.ZIP, onde AA são os últimos algarismos do ano corrente; MM é o mês corrente; DD é o dia corrente e HH é a hora Greenwich
em que o arquivo foi gerado.
Neste arquivo, encontram-se três outros arquivos: o arquivo de dados de observação, com o nome AAMMDDHH.AAo e os arquivos dos dados
de navegação com os nomes de AAMMDDHH.AAn e AAMMDDHH.AAg,
respectivamente para os sistemas GPS e GLONASS. Lembrando que cada
arquivo corresponde a uma hora de observação e portanto deverão existir
24 arquivos para cada dia de coleta de dados dos satélites.
Exemplo: 09033113.zip é um arquivo contendo uma hora de observações, iniciado às 13 horas (horário de Greenwich) do dia 31 de março do
ano 2009. O Quadro 10 abaixo traz um exemplo da configuração do arquivo
de observação feito pela RIBaC.
Quadro 10: Arquivo de observação - Bases da RIBaC – INCRA.
3.10.1.3 Rede Faróis da Marinha
134BU
A rede é composta de 13 estações estão distribuídas ao longo do
litoral brasileiro, que transmitem sinais continuamente com correções para
113
DGPS, no formato RTMC-SC104 (Radio Technical for Marine Services
Communications Special Commitee 104). O alcance é de 1000 km no mar e
de 300 km no continente, dependendo da topografia. A transmissão dos
sinais ocorre na freqüência de transmissão na faixa exclusiva de 285-315
kHz, sendo gratuito e no caso do GPS, exige receptor específico de sinais
RTMC (Figura 3.31).
São dados utilizados para o posicionamento diferencial em tempo
real com a utilização do código C/A.
Figura 3.31. Faróis da marinha. (Robaina, 2006)
3.10.1.4 Redes de Estações Ativas Particulares
135BU
São pontos distribuídos pelo território nacional cujo gerenciamento
é realizado por firmas particulares para darem suporte aos seus clientes,
servindo como estações de referência ou estações base rastreando os
satélites GPS durante 24 horas e fornecendo os arquivos através do acesso
pela INTERNET aos clientes autorizados.
Um exemplo é rede da Santiago & Cintra composta de 25 estações
de referência, com raio de ação de 300 km, que poderão servir de suporte
aos levantamentos para atender a lei de Registro de Imóveis e que segundo
a empresa terão seus pontos homologados pelo IBGE para fazerem parte
das Estações de Controle Ativo do Sistema Geodésico Brasileiro.
114
3.10.2 Estação de Controle Passivo
90B
Essas estações funcionam de maneira similar às redes clássicas
ou convencionais (marco ou RN), como um ponto de coordenadas conhecidas para serem utilizadas no processamento diferencial ou relativo, mas
existe a necessidade de ocupar a estação de referência com um receptor
para coletar e armazenar os sinais dos satélites.
Até dezembro de 2006 tinham sido estabelecidas 13 redes GPS
estaduais (abrangendo 18 estados): São Paulo, Paraná, Minas Gerais, Mato
Grosso, Mato Grosso do Sul, Santa Catarina, Rio de Janeiro, Rio Grande do
Sul, Bahia, Ceará, Espírito Santo, Acre e a rede Nordeste. A rede Nordeste
foi um caso a parte, pois foi estabelecida em uma única campanha de medição contemplando os estados de Alagoas, Sergipe, Pernambuco, Paraíba e
Rio Grande do Norte.
A localização de cada marco é previamente escolhida juntamente
com representantes de instituições federais, estaduais e municipais de forma a zelar pela integridade física do marco, isto é, evitar abalos que possam
interferir nas coordenadas do mesmo ou até mesmo a sua destruição.
A implantação de uma rede geodésica estadual vem a colaborar na
elaboração dos seguintes produtos e informações:
- Confecção de mapas e cartas;
- Referência para obras de engenharia tais como: construção e pavimentação de rodovias e estradas, construção de pontes, viadutos e túneis;
- Demarcação de unidades estaduais, unidades municipais, áreas
indígenas, áreas de proteção ambiental;
- Regulamentação fundiária;
- Transmissão de energia;
- Abastecimento de água, etc.
3.10.2.1 Rede Estadual de Pontos GPS - Rio Grande do Sul
136BU
A rede de pontos GPS no Rio Grande do Sul deverá ser composta
de 45 (quarenta e cinco) estações, recobrirá todo o território estadual e que
servirá de referência tanto para a topografia clássica como para os receptores de sinais GPS (Figura 3.32).
115
Figura 3.32. Rede de marcos passivos no Rio Grande do Sul. (Robaina, 2006)
As estações distam entre si aproximadamente 70 km. Fazem parte
desta rede as estações de Porto Alegre e de Santa Maria, que integram a
Rede Brasileira de Monitoramento contínuo do sistema - RBMC. A escolha
dos locais para a implantação das estações levou em conta aspectos sócioeconômicos e a configuração geométrica da rede. Cada vértice passivo da
rede é constituído de um marco de precisão e de um marco de azimute
(Figura 3.33) com as informações do mesmo descritas em uma monografia,
Quadro 11.
Figura 3.33. Marco de Precisão, ou de centragem forçada (à esquerda) e de
azimute. (http://www.ibge.gov.br, 30/05/2009)
116
Quadro 11: Exemplo de monografia do ponto.
117
4 AULAS PRÁTICAS DE GPS∗
4B
4.1 Modelos de Receptores GPS de navegação
32B
São popularmente chamados de receptores de navegação possuem 12 canais, recebem a freqüência L1, mas não possuem estrutura para
armazená-la. Desde modo, oferecem posicionamento somente pela solução
de código em tempo real e de modo absoluto com uma precisão de < 15
metros RMSm 95% (segundo o fabricante). Também podem oferecer uma
solução de código pelo método diferencial (precisão de 3 a 5 metros 95%),
necessitando para isto de acessórios complementares. Serão abordados os
receptores GPS da marca Garmin modelos eTrex Legend e eTrex Vista, que
possuem as seguintes características.
Modelo eTrex Legend:
• Armazenagem de 500 Waypoints com nome e símbolo gráfico.
• Um Registro de Trilha automático com capacidade de armazenamento para 10 trilhas com 250 pontos cada.
• Capacidade de processar rotas, com armazenamento para 20
Rotas com 50 Waypoints cada.
• Um Computador de Navegação que fornece uma variedade de
dados de navegação tais como velocidade, ETA, ETE, rumo, odômetro, etc.
• Uma Função de Localização para encontrar Waypoints, Cidades, Saídas de Rodovias Interestaduais, Pontos de Interesse, Endereçamento de Ruas e Interseções.
• 8 MB de armazenamento de dados cartográficos detalhados.
Modelo eTrex Vista:
Apresenta as cinco primeiras características do modelo anterior
mais as funções listadas abaixo:
• Um Computador de Elevação para fornecer o valor total de subida/ descida, a média de subida/descida, a subida/descida máxima, a tendência de pressão por 12 horas, e a elevação máxima/mínima.
• 24 MB de armazenamento de dados cartográficos detalhados.
• Capacidade de usar o Sistema de Correção Diferencial de Área
Ampla (WAAS).
U
U
∗
As figuras apresentadas neste capítulo foram obtidas pelos autores, a partir da captura dos
displays de um receptor Garmin modelo Etrex Vista pelo software G7TOWin. Além disso, também
foram capturadas as telas dos softwares TrackMaker e Google Earth.
4.2 Manual Garmin eTrex Vista∗
3B
4.2.1 Introdução: página dos satélites
91B
Uma vez que o eTrex Vista apoia-se nos sinais de satélite para fornecer a você orientação náutica, a visão do céu acima da unidade determinará quão rapidamente você atingirá o estado adequado à navegação. Os
sinais GPS não se propagam através de rochas, edifícios, pessoas, metais
ou cobertura espessa de árvores. Assim, mantenha a unidade com visão
clara do céu para melhores resultados.
A Página dos Satélites (Figura 4.1) fornece a situação do acompanhamento dos sinais de satélite e diz a você quando a unidade está pronta
para navegação. Pelo menos três sinais de satélite são necessários para
achar sua localização. O gráfico do Céu representa uma vista do céu diretamente acima de sua localização atual mostrando os satélites e seus números. O aro externo representa o horizonte à sua volta e o círculo interno,
uma posição no céu a um ângulo de 45° a partir de sua localização. Uma
barra de intensidade de sinal para cada satélite é mostrada logo abaixo. Os
satélites e seus sinais aparecem como imagens em contorno até que um
sinal seja recebido e, então, eles aparecem escurecidos. Quanto mais forte
for o sinal, maior a barra correspondente.
Se a unidade não pode inicialmente (quando ligada pela primeira
vez) determinar sua localização, ela mostrará uma mensagem “Aguarde
rastreio de satélites” com quatro opções. Cada uma oferece uma explicação
breve quando selecionada, para orientar sua decisão. Quando em casa ou
onde uma clara visão do céu está obstruída, ou você quer poupar a energia
das pilhas, selecione a opção ‘Use com GPS desligado’ (Figura 4.2), que faz
parte do Menu de opções da Página dos Satélites (Satellite Page Option
Menu). Você pode inserir dados, criar rotas, etc., mas não pode navegar
neste modo. Você pode orientar a visão do céu selecionando a opção ‘Track
Up’ (sua direção de viagem) ou ‘North Up’, direcionando o gráfico do céu
para o Norte. Você pode inserir manualmente uma nova elevação, mais
correta, caso seja conhecida, para aumentar a eficácia da posição. Se você
moveu-se mais do que 600 milhas desde quando usou a unidade pela última vez, pode precisar usar a opção ‘New Location’ que ajuda a unidade a
se localizar e apressa a obtenção da posição.
∗
As telas do Garmin modelo Etrex Vista são iguais às telas do modelo Etrex Legend com exceção do item 4.2.7 (página do altímetro), que somente o modelo Vista possui.
120
Aulas Práticas de GPS
Figura 4.1. Página dos satélites (5
satélites estão sendo acompanhados).
Figura 4.2. Opções de menu da
página dos satélites.
Uma vez que os satélites tenham sido sintonizados, as coordenadas e a elevação de sua localização são mostradas na parte inferior da
Página dos Satélites.
a) Como selecionar a opção ‘Use
com GPS desligado’:
1. Use o CLICK STICK para selecionar
o botão Menu de Opções no alto da página e
então pressione-o para acionar o Menu de
Opções (Figura 4.2).
a opção ‘Use com GPS desligado’ então pressione-o para ativar esta opção.
3. Observe que o bloco de título da
Página dos Satélites agora especifica “GPS
Desligado” (Figura 4.3).
4. O eTrex Vista agora parará de acompanhar satélites e não deve ser usado para
Figura 4.3. Mensagem
navegação. Sempre que a unidade for religada
GPS desligado.
ela retorna à operação GPS normal.
b) Como selecionar ‘Track Up’ ou ‘North Up’:
1. Siga os procedimentos para acionar o Menu de Opções.
121
2. Selecione opção ‘Track Up’ ou a ‘North Up’ (dependendo da opção que está no momento em uso), e pressione o CLICK
STICK para ativar.
c) Como inserir uma nova elevação:
1. Use o CLICK STICK para acionar o Menu de Opções.
2. Selecione ‘Nova Elevação’ e então pressione o CLICK STICK.
Observe o primeiro dígito selecionado no campo de elevação e a tecla numérica na parte inferior da Página dos Satélites.
3. Entre com a elevação desejada usando o CLICK STICK para selecionar os números adequados e então pressione-o. Selecione ‘OK’ e pressione para completar a entrada de dados.
d) Como inserir uma nova localização:
1. Siga os procedimentos para acionar o Menu de Opções.
2. Selecione ‘Nova Localização’ e pressione o CLICK STICK para
mostrar as alternativas ‘Auto’ ou ‘Use o Mapa’.
3. Se você escolher ‘Auto’ o eTrex Vista determinará sua nova localização automaticamente.
4. Se você escolher ‘Use o Mapa’ uma página de mapa aparecerá
com instruções dizendo “Point to your approximate location and press Enter”
(Aponte para sua localização aproximada e pressione ENTER). Use o
CLICK STICK para mover o Ponteiro do Mapa até sua localização no mapa
e pressione-o.
4.2.2 Métodos de Navegação
92B
Métodos de Navegação usando o
eTrex Vista
Existem quatro métodos de navegação
quando se utiliza o eTrex Vista e cada um deles
é mostrado graficamente na Página do Mapa.
Goto – Um caminho direto a uma localização no mapa, (waypoint, cidade, endereço,
etc.) (Figura 4.4).
Track – Um caminho de uma viagem
anterior que ficou armazenado no eTrex Vista.
Um Track permite a você repetir um caminho ou
retornar ao seu ponto de partida pelo mesmo
caminho, usando a função TrackBack da
122
Figura 4.4. Goto.
GARMIN.
Route – Um caminho para um destino
consistindo de pontos notáveis ao longo do
mesmo (waypoints, cidades, saídas de rodovias, pontos de interesse, pontos de interseções,
etc.) (Figura 4.5).
Viagem sem utilizar Goto, Track ou
Route – Esta circunstância é melhor descrita
como viagem sem introduzir um destino no
eTrex Vista. A Página do Mapa mostra seu
movimento em tempo real, à medida que você
viaja com a unidade ligada e recebendo satéliFigura 4.5. Route.
tes.
A Navegação ativa é auxiliada por três das cinco Páginas Principais:
A Página do Mapa mostra a você, graficamente, detalhes do mapa,
sua localização atual, sua elevação, marca sua rota para o destino com uma
linha de rota, e deixa uma trilha (Registro de Trilha) dos lugares por onde
passou.
A Página de Navegação diz a você qual a direção seguir e a direção que você está viajando.
A Página do Computador de Navegação registra e mostra dados
da viagem, como, por exemplo, sua velocidade, a distância que você viajou,
ou a distância que vai viajar e a hora do dia ou o tempo que falta para chegar a um destino, além de outras informações.
4.2.3 Página do Mapa
93B
A Página do Mapa (Figura 4.6) mostra sua posição atual e a direção de movimentação através de um ‘Ícone de Posição’ triangular, no centro
do mapa. À medida que você viaja, o equipamento deixa uma “trilha” (Registro de Trilha) desenhado no mapa, de onde você esteve. A tela também
mostra a escala do mapa e detalhes geográficos tais como lagos, rios, estradas, e cidades.
Use os botões ZOOM IN e OUT para mudar a escala do mapa a
fim de mostrar mais áreas do mapa com menos detalhes ou menos áreas
do mapa com mais detalhes. Pressione e segure o ZOOM para mudar rapidamente a escala do mapa.
123
Em muitas circunstâncias o mapa mostrará um ‘Círculo de Incerteza’ circundando o
‘Ícone de Posição’. O eTrex Vista usa tanto as
resoluções do mapa quanto a exatidão GPS ao
definir sua localização para um ponto dentro do
círculo. Quanto menor o círculo, mais exata a
sua localização. Para informações mais exatas
quanto à localização, refira-se à Página dos
Satélites.
Quando estiver usando a função ‘Pan
Map’, uma pequena seta (Ponteiro do Mapa)
pode ser movimentada pela página para selecionar e identificar itens do mapa ou para rolar
o mapa para áreas de visão que não aparecem
Figura 4.6. Página do
na tela de visualização.
Mapa.
Um Campo de Status no alto da página fornece o acompanhamento dos satélites e informação sobre a exatidão de sua localização.
Dois campos de dados na parte inferior da página podem ser programados para fornecer uma variedade de informações de viagem e navegação.
Feições cartográficas mais detalhadas bem como informações sobre essas feições podem ser baixadas para a unidade, a partir de um CDROM MapSource GARMIN. Quando estiver usando dados do MapSource, a
palavra ‘mapsource’ aparecerá abaixo da escala do mapa toda vez que
você usar o zoom para ver seus detalhes.
O Menu de Opções da Página do Mapa permite que você mude a
disposição das características da página, pare a navegação ativa, acione a
visão panorâmica do mapa, e personalize o mapa propriamente dito para
mostrar características que atendam às suas preferências pessoais.
4.2.3.1 Opções da Página do Mapa
137BU
As opções da Página do Mapa (Figura 4.7) permitem uma variedade de características de operação e personalizam características para o seu
eTrex Vista.
Nem todas as opções da Página do Mapa estão disponíveis ao
mesmo tempo. Muitas são substituídas por uma opção oposta quando são
124
selecionadas, tais como Hide Data Fields/Show Data Fields. As opções da
Página do Mapa são:
Percorrer Mapa – Permite que você
movimente a Seta panorâmica (Ponteiro do
Mapa) pelo mapa.
Parar Navegação – Interrompe a navegação para um destino.
Esconda Estado de Navegação –
Remove a janela do status da navegação para
ampliar a área do mapa ou insere a referida
janela.
Esconda Campos de Dados – Remove ou insere dois campos de dados programáveis na parte inferior da página e amplia ou
reduz a área do mapa.
Mapa de definições – Mostra as Páginas de Configuração do Mapa, as quais permitem que você adapte seu mapa às suas neFigura 4.7. Opções da
cessidades, tais como mudar o tamanho do
página do mapa.
texto, a orientação do mapa, e o seu detalhamento.
Repor Dados iniciais – Retorna a Página do Mapa aos ajustes originais de fábrica (defaults).
4.2.3.2 Instruções Passo a Passo
138BU
a) Para selecionar uma opção da página do mapa:
1. Selecione o Menu Option no botão no alto da tela e então pressione o CLICK STICK para abrir o menu.
2. Selecione a opção desejada no menu e então pressione o
CLICK STICK para ativar a opção.
3. Para fechar sem fazer uma seleção, mova o CLICK STICK para
a direita.
125
4.2.4 Página de Navegação
94B
A Página de Navegação fornece orientação ativa com uma bússola giratória que mostra seu rumo em relação ao solo (trilha) enquanto você está se movimentando, e uma seta de
direção para indicar a direção atual até o seu
destino (bearing) relativa ao seu caminho pelo
solo (Figura 4.8).
A Bússola e o Indicador de Rumo funcionam independentemente, indicando a direção da sua movimentação e a direção até o seu
destino. Por exemplo: se a seta está apontando
direto para o alto, você está indo diretamente
para seu destino. Se ela aponta para qualquer
direção que não seja para cima, volte-se na
Figura 4.8. Página de
direção da seta até que ela aponte para cima e,
Navegação.
então, continue naquela direção.
Se você, em vez disso, está usando a opção ‘Course Pointer’ e se
afasta da linha de viagem do seu destino (Course Deviation Indicator – CDI),
a seta dá a indicação gráfica de afastamento (para a direita ou para a esquerda) e expõe a distância de afastamento do rumo. A bússola somente é
exata quando você está se movendo.
A Página de Navegação também expõe um campo ‘Waypoint’ acima da Bússola ou da Estrada com o nome do próximo waypoint na sua rota,
ou de seu destino final. As coordenadas geográficas para aquele item aparecem logo abaixo do nome.
4.2.4.1 Opções da página de navegação
139BU
Um botão na tela, no alto da página, aciona o Menu de Opções para esta página. As opções incluem: ‘Parar Navegação’, ‘Ponteiro de Rumo,
‘Números grandes, e ‘Repor dados iniciais. ‘Números Grandes’ converte
informações nos campos de dados para mostrar um formato de texto grande
enquanto reduz o tamanho da Bússola (Figura 4.9).
Na parte inferior da página estão dois campos de dados que são
programáveis pelo usuário com diferentes opções de dados (Figura 4.10).
126
Figura 4.9. Menu de opções da
página de navegação.
Figura 4.10. Opções de dados da
página de navegação.
4.2.4.2 Instruções passo a passo
140BU
a) Usando opções para configurar a Página de Navegação:
1. Com a Navigation Page ativa, use o CLICK STICK para selecionar o botão do Menu de Opções no alto da página.
Pressione esse botão para abrir o menu.
2. Observe o Options Menu: Se você está navegando nesse momento em um Goto, Trajeto, ou Rota, a opção ‘Parar Navegação’ estará
ativa, de outra maneira ela estará “acinzentada”. A opção seguinte da lista
será ‘Ponteiro de Azimute’, o ponteiro que é mostrado na bússola. A próxima opção da lista será ‘Números Grandes’ que expõe informação em dois
campos de dados com números grandes, acima e abaixo da bússola enquanto mostra a bússola em uma escala menor. A última opção da lista é
‘Repôr Dados Iniciais’.
3. Use o CLICK STICK para destacar sua seleção e então pressione-o para ativar.
b) Para mudar os campos de dados:
1. Use o CLICK STICK para destacar o campo de dados desejado
e então pressione-o para expor a lista de opções.
2. Selecione a opção desejada da lista e pressione o CLICK
STICK.
127
3. Você pode abrir novamente os campos de dados a qualquer
momento para mudar o tipo de dados visualizados enquanto estiver navegando.
4.2.5 Página do Computador de Navegação
95B
O Computador de Navegação fornece uma variedade de campos e
dados com leituras atualizadas à medida que você viaja. Oito campos mostram informações de navegação e são programáveis pelo usuário. As opções iniciais para esses campos são mostradas na ilustração à direita.
4.2.5.1 Opções da página do computador de navegação
14BU
O Menu Opções para a página fornece as seguintes opções: Redefinindo, Números Grandes, e Repor dados iniciais.
4.2.5.2 Instruções passo a passo
142BU
a) Para programar um campo de dados:
o campo de dados desejado e então pressioneo para abrir o menu de opções daquele campo.
2. Use o CLICK STICK para mover o
menu para cima ou para baixo, a fim de selecionar a opção de dados desejada.
3. Pressione o CLICK STICK para selecionar a opção e colocá-la no campo de dados (Figura 4.11).
b) Para acessar a página Menu Opções:
Figura 4.11. Computao botão Menu Opções na tela e pressione-o
dor de navegação.
para acionar o menu de opções.
2. Selecione a opção desejada e então pressione o CLICK STICK
para ativar.
128
3. Para ativar opções individuais de ‘Redefinindo’, selecione o item
da lista e então pressione o CLICK STICK para colocar ou remover a marca
de seleção.
4.2.6 Página do Menu Principal
96B
O Menu Principal permite acessar as
páginas de características adicionais do eTrex
Vista. As páginas relacionadas abaixo permitem
melhorar a operação do eTrex Vista.
Pressione o botão PAGE repetidamente para chegar ao Menu Principal... Ou selecione-o a partir da lista de páginas no alto de cada
página principal (Figura 4.12).
Marcar um ponto – Permite que se
marque e armazene como ponto a sua localização atual ou a posição da seta de localização
do mapa.
Procura – Permite que você localize,
execute Goto, ou use como parte de uma Rota:
Pontos, Localizações Favoritas, Cidades, Saí- Figura 4.12. Menu prindas Interestaduais, Pontos de Interesse, Endecipal com ícones de
reços, e Interseções.
funções e janela de
Rota – Permite que você crie e armastatus da alimentação,
zene rotas para serem usadas repetidas vezes.
data/hora e iluminação
Trajetos – Fornece acesso ao Registro
da tela.
de Trilha e às trilhas memorizadas.
Definições – Permite adaptação de itens tais como formato do relógio, unidade de medida, tempo de duração da iluminação da tela e ajuste
de contraste, configurações de interfaces, seleção de direções e informações de software do sistema.
Acessórios – Permite acessar dados do Sol e da Lua, um Calendário, e dados sobre Caça e Pesca.
Informações acerca do status da iluminação da tela, hora e data, e
energia das pilhas são mostrados na janela, na parte inferior da Página do
Menu Principal.
O ícone da pilha mostrará a quantidade aproximada de reserva de
energia disponível. Quando a unidade tem energia fornecida por um adap129
tador de acendedor de cigarro, um ícone de tomada de energia substituirá o
ícone da pilha. A data e a hora estão expostas no centro da janela e quando
a iluminação de fundo está ativa, a lâmpada à direita aparecerá iluminada.
4.2.6.1 Página Marcar Ponto
143BU
A Página marcar ponto (Figura 4.13)
permite que você marque e registre sua localização atual como um ponto, e mostra uma
imagem (homem com uma bandeira) com o
número designado para aquele ponto e o seu
símbolo.
a) Para marcar sua localização atual
como um waypoint:
1. Pressione e mantenha pressionado
o CLICK STICK até que a Página Marcar Ponto
apareça. Você pode também acessar esta página selecionando o Ícone Marca na Página do
Menu Principal e, então, pressionando o CLICK
STICK. Automaticamente será atribuído (ao
ponto) um número com 3 dígitos.
2. Para mudar o nome do ponto, use o
CLICK STICK para selecionar o campo correspondente.
3. Para atribuir um símbolo identificando um ponto, use o CLICK STICK para selecionar o bloco de símbolo logo acima do nome do
ponto (Figura 4.14).
4. Para salvar o ponto, selecione ‘OK’
e pressione o CLICK STICK.
5. Se você não quiser salvá-lo como
um novo ponto, basta apertar o botão PAGE
antes de pressionar qualquer outro botão, para
poder cancelá-lo.
b) Para criar um ponto usando a seta panorâmica do mapa:
1. Com a característica Pan Map ativa,
mova a seta panorâmica (Ponteiro do Mapa)
130
Figura 4.13. Página
Marcar Ponto.
Figura 4.14. Lista de
símbolos cartográficos.
para o item do mapa que você quer e selecione-o.
2. Pressione e solte o CLICK STICK
para mostrar a página de informação do item.
3. Com a Página de Informação exposta, selecione o botão de opões do menu no alto
da página e então pressione o CLICK STICK
para abrir o menu.
4. Selecione a opção ‘Save como ponto’ e pressione o CLICK STICK para salvar o
item do mapa como um ponto.
c) Para criar um ponto usando a seta panorâmica quando o item do mapa não
está selecionado:
Com a função Pan Map ativa, mova a
seta panorâmica (Ponteiro do Mapa) sobre o
mapa até a localização que você quer marcar e,
então, pressione o CLICK STICK, soltando-o
em seguida (Figura 4.15).
A Página Marcar Ponto aparecerá, automaticamente, designando um número para o
ponto.
Esteja certo de que pressionou e em
seguida soltou o CLICK STICK para esta operação. Ao pressionar e manter pressionada a
tecla será marcado um ponto para sua localização atual.
d) Para criar um ponto inserindo
manualmente suas coordenadas (lat/lon):
1. Pressione e mantenha o CLICK
STICK pressionado para acessar a Página
Marcar Ponto (Figura 4.16).
2. Selecione o Campo de Localização
na Página Marcar Ponto e introduza as novas
coordenadas usando o teclado numérico. Selecione e pressione ‘OK’ quando tiver terminado.
3. Você também pode mudar o nome
e/ou o símbolo do ponto.
131
Figura 4.15. Marcando
um ponto no mapa sem
selecionar um item do
mapa.
Figura 4.16. Criando um
ponto pela introdução
manual de suas coordenadas.
e) Para mover um waypoint arrastando-o no mapa:
1. Use o Menu Procura para expor a Página Ponto para o ponto
que você quer mover. Refira-se à seção intitulada “Usando o Menu Procura”.
2. Selecione e pressione o botão ‘Mapa’, na tela, para expor o mapa para o ponto.
3. Com o ponto selecionado pela seta panorâmica, pressione e solte o CLICK STICK. Aparece a palavra ‘Mova’ abaixo da seta.
4. Use a seta panorâmica para arrastar o ponto até a nova localização e então pressione o CLICK STICK para coloca-lo aí.
5. Pressione o botão PAGE antes de pressionar o CLICK STICK
para cancelar a movimentação do ponto e retornar às Páginas Principais.
4.2.6.2 Menu de Procura
14BU
O Menu Procura (Figura 4.17) permite
que você ache localizações armazenadas (pontos) e itens do mapa (cidades, saídas, etc.).
Eles podem ser encontrados pelo nome ou por
aqueles mais próximos da sua localização atual
(Ícone de Posição). Se você estiver usando
dados do MapSource MetroGuide, a lista localizações será aumentada para incluir categorias
como Pontos de Interesse, Endereços de Rua e
Interseções.
Pressione e solte o botão Procura para acessar o Menu Procura.
O Menu Procura permite que você localize e viaje para:
Pontos – Localizações marcadas e
salvas no mapa, usadas como um destino, ou
um ponto no caminho para um destino. Referirse à página 89 para marcar ou criar um ponto.
Favoritos – Uma lista de pontos familiares e usados muitas vezes.
Cidades – Uma lista de cidades no
mapa básico.
Saídas – Uma lista de todas as Saídas
132
procura usando sua
localização atual como
ponto de referência.
Figura 4.18. Opções de
procura de pontos.
na Rodovia Interestadual mais próxima, categorizada como “Todos os Tipos”, “Serviços”, “Áreas de Descanso”, “Outras”, tais como “estações de
pesagem”, etc.
Pontos de interesse – Uma lista de restaurantes, museus, hospitais, etc.
Endereços – Uma página com campos de entrada de dados para
número de endereço, nome de rua, cidade e código postal, usados para
definir um endereço.
Cruzamentos – Uma página com campos de entrada de dados para duas ruas, uma cidade, códigos postais. Usados para definir uma interseção.
Para algumas categorias, existem dois
métodos de listagem (Figura 4.18 acima). A
lista “Por nome” contém todos os itens no banco de dados do mapa para a categoria selecionada, enquanto que a lista “Mais próxima” contém somente aqueles itens que estão perto da
sua localização atual ou do Ponteiro do Mapa
(Figura 4.19). As categorias listadas por qualquer um destes métodos mostrarão uma seleção imediata.
Essas páginas estão estruturadas com
um conjunto de submenus e páginas informativas que guiarão você através do processo de
achar localizações. Use-as para construir uma
Figura 4.19. Resultado
Rota, estabelecer uma linha direta de viagem
da procura por cidades
(Goto), ou quando estiver coletando informamais próximas.
ções.
4.2.6.3 Criando e usando uma rota
145BU
A navegação por rota permite que você crie uma seqüência de
pontos intermediários que levam ao seu destino final. O eTrex Vista armazena 20 rotas, cada uma com até 50 pontos. Uma rota pode ser criada e
modificada a partir da Página de Rotas, e pontos podem ser adicionados a
uma rota a partir do Menu Procura. Rotas mais complexas podem ser criadas usando um PC e programas de mapeamento MapSource e, então,
133
transferidas para a memória da unidade. Você pode adicionar um ponto ou
item do mapa a uma rota existente a qualquer instante (Figura 4.20).
a) Para criar uma rota
1. Acesse a página ‘Rotas” do Menu
Principal. A página tem um botão ‘Nova’, uma
lista de rotas, e o número de rotas não usadas.
o botão ‘Nova’ e pressione-o para visualizar a
página de configuração de rota.
3. Selecione uma coluna vazia (tracejada) na lista de rotas e pressione o CLICK
STICK para acionar o Menu Procura.
4. Use o Menu Procura para selecionar
um ponto de uma das categorias existentes
nesse Menu e abra a Página de informação
para o ponto, cidade, saída, ponto de interesse,
etc. escolhido.
Selecione o botão ‘OK’ na tela e presrotas com uma lista de
sione o CLICK
rotas e o número de
STICK para colocar o ponto selecionarotas não utilizadas.
do na Lista de Rotas.
5. Para acrescentar mais pontos à rota, repita o processo dos itens
3 e 4. A rota receberá o nome do primeiro e último pontos.
Você pode acrescentar pontos ao fim de uma rota existente a qualquer momento usando o Menu Procura.
b) Para acrescentar um item do Menu Procura à rota:
1. Selecione um item do Menu Procura e acione sua Página de informação.
2. Abrir a página Menu Opções e selecione a opção ‘Adicianar Rota’ para expor a Lista de Rotas.
Destaque e selecione a rota desejada e então pressione o CLICK
STICK. Uma mensagem “ponto acrescentado com sucesso” aparecerá.
c) Editando uma Rota - Para remover todos os pontos:
1. Selecione o botão da página de opções na tela da Página Rota e
pressione o CLICK STICK para acessar o menu de opções (Figura 4.21).
2. Selecione a opção ‘Retire Todos’ e então pressione o CLICK
STICK para remover todos os pontos da lista. Aparecerá a pergunta “Você
quer realmente remover todos os pontos da rota?”, selecione “Sim”.
134
d) Editando uma Rota - Para inverter
a rota:
1. Selecione o botão página de opções
na tela da Página Rota e pressione o CLICK
STICK para acessar o menu de opções.
2. Selecione a opção ‘Rota Inversa’ e
então pressione o CLICK STICK para inverter a
ordem dos pontos da lista.
Para mudar novamente a rota para a
sua ordem original, repita este processo.
e) Editando uma Rota - Para copiar a
rota:
1. Selecione o botão página de opções
na tela da Página Rota e pressione o CLICK
Figura 4.21. Menu de
STICK a fim de acessar o menu de opções.
opções de rota.
2. Selecione a opção ‘Copiar Rota’ e
então pressione o CLICK STICK para copiar. A rota copiada aparecerá na
Página de Rotas e a rota original receberá o mesmo nome, mas seguida do
número 1. Você pode então trocar o nome e/ou modificar a rota copiada.
f) Editando uma Rota - Para apagar a rota:
1. Selecione o botão página de opções na tela da Página Rota e
pressione o CLICK STICK a fim de acessar o menu de opções.
2. Selecione ‘Apagar’ e então pressione o CLICK STICK. Aparecerá a pergunta “Você quer realmente remover a rota?”, selecione “Sim”.
g) Editando uma Rota - Para restaurar as configurações originais de fábrica para a rota:
1. Selecione botão página de opções na tela da Página Rota e
pressione o CLICK STICK para acessar o menu de opções.
2. Selecione ‘Repor Dados Iniciais’ e então pressione o CLICK
STICK para restaurar as configurações de fábrica.
h) Editando uma Rota - Para rever um ponto:
1. Selecione o ponto da Lista pontos da rota e pressione o CLICK
STICK para acessar o menu de opções para aquele ponto.
2. Selecione ‘Revisão’ e então pressione o CLICK STICK para acionar a Página de informação para o ponto (Figura 4.22).
3. Selecione o botão ‘OK’ na tela e então pressione o CLICK
STICK para retornar à Lista de Rotas.
i) Editando uma Rota - Inserir um novo ponto na lista da rota:
135
1. Selecione a linha em que você quer
inserir o novo ponto.
Pressione o CLICK STICK para acessar o menu de opções.
2. Selecione ‘Inserir’, pressione o
CLICK STICK para abrir o Menu Procura e
selecione um novo ponto, cidade, saída, ponto
de interesse, etc.
3. Com o novo ponto selecionado,
pressione o CLICK STICK para acionar a Página de informação para o novo ponto e então
selecione o botão ‘OK’ na tela para adicioná-lo
à rota.
j) Editando uma Rota - Para remover
Figura 4.22. Menu de
um ponto da lista de rota:
opções de um ponto da
1. Selecione o ponto que você quer
rota.
remover da Lista Pontos da Rota e pressione o
CLICK STICK para mostrar o menu de opções para o pontos.
2. Selecione ‘Retire’ e pressione o CLICK STICK para remover o
pontos da lista.
l) Editando uma Rota - Para mudar um ponto da rota:
1. Selecione o ponto que você quer mudar da Lista de Pontos da
Rota e pressione o CLICK STICK para abrir o menu de opções para o ponto.
2. Selecione ‘Alterar’ e pressione o CLICK STICK para abrir o Menu Procura ou criar um novo ponto e adicioná-lo à lista pontos.
3. Selecione o novo ponto, acesse sua Página de informação e
pressione o botão ‘OK’ na tela para substituir o antigo ponto da rota.
4.2.6.4 Usando Registro de Trilhas ou Trajetos
146BU
O eTrex Vista desenha uma trilha eletrônica “de miolo de pão” na
Página do Mapa, à medida que você se desloca. Esta trilha de “miolo de
pão” é o ‘Track Log’ (Registro de Trilha). O Track Log contém informação
sobre pontos ao longo de seu caminho, incluindo tempo e posição. O eTrex
Vista pode usar esta informação para permitir que você navegue usando a
trilha que foi salva (Figura 4.23).
136
A característica ‘TracBack’ permite que
você retorne ao longo de um caminho viajado
sem marcar quaisquer pontos. Quando você
está pronto para voltar ao ponto de partida, o
eTrex Vista o levará de volta, seguindo o ‘Track
Log’ que você deixou atrás. Você pode salvar
um total de dez trilhas na memória da unidade.
O Track Log começa a ser gravado assim que a
unidade obtém uma localização fixa de satélite
e a função Track Log está ligada.
Se você quer manter gravado um Registro de Trilha específico ou usar a característica ‘TracBack’, recomenda-se que você limpe o
Registro de Trilha antes de começar a viajar. A
porcentagem de memória usada pelo atual re-
trajetos.
gistro de trilha é mostrada em uma janela no alto da página. Depois que o
Track Log tiver sido apagado o valor mostrado será zero. Quando a tela
mostra 99%, os pontos mais recentes da trilha começarão a sobreporse aos
mais antigos. Para evitar perder pontos necessários da trilha, salve o Track
Log antes que ele chegue à marca dos 99%.
A Página Saved Track mostra a trilha, e ela pode também ser vista
na Página Main Map enquanto você navega.
A função ‘TracBack’ permite que você percorra sua trilha em ambas as direções. As trilhas são marcadas com BEGIN e END (Início e Fim).
Você pode estabelecer um intervalo de registro de trilha com base
em Distância, Horário, ou Automático. Você pode estabelecer a resolução
da imagem da trilha para High, Medium, Low e Lowest (Alta, Média, Baixa e
Mínima). Você também pode usar o menu de opções para apagar todas as
trilhas que foram salvas.
4.2.6.5 Menu de Definições
147BU
As páginas de configuração permitem que você personalize seu
eTrex Legend de acordo com suas preferências pessoais. Você pode escolher ajustes de horário, unidades de medida, iluminação da tela e ajustes de
contraste, medida de rumo, opções de interface e modo de operação (Figura 4.24).
137
Selecionando os ícones do Menu de Definições e, em seguida,
pressionando o CLICK STICK, você pode abrir a página de configuração
para cada um dos itens do menu.
4.2.6.5.1 Página do Horário
157B
Você pode estabelecer o horário correspondente à sua localização ou para uma
localização projetada em qualquer lugar do
mundo (Figura 4.25).
Formato de hora – Permite que você
escolha o horário de 12 ou 24 horas. Quando
você seleciona o horário de 12 horas, o relógio
será como um relógio padrão com ciclos de 12
horas AM e PM. A opção de 24 horas define o
relógio com um ciclo de 24 horas (Horário Militar).
Fuso horário – Pode ser estabelecido
um dos oito Fusos Horários Norte Americano,
ou 24 Fusos Horários Internacionais (a região
geográfica ou cidade mais próxima). Quando
seleciona ‘Outro’ você pode inserir a diferença
horária em relação ao Tempo Universal Coordenado (UTC Time Offset) para qualquer outro
fuso horário.
Horário de verão – (Horário de Verão)
pode ser acionado (Sim), desligado (Não) ou
ficar no modo automático (Auto).
a) Passos para definir o horário:
1. Use o botão PAGE para acessar o
Menu Principal.
o Ícone de Configuração e então pressione-o
para abrir o Menu de Definições.
o ícone Hora e então pressione-o para mostrar
a Página de Hora.
138
definições.
configuração da hora.
o campo ‘Fuso Horário’ e então pressione-o para mostrar a lista de opções
de fuso horário.
5. Selecione o fuso horário da lista de 8 fusos horários Norte Americanos ou os 24 fusos horários internacionais (definidas pela cidade mais
próxima ou geograficamente) e, então, pressione o CLICK STICK.
Observe o horário correto que aparece na parte inferior da página.
4.2.6.5.2 Página de Unidades
158B
As opções de configuração são as seguintes (Figura 4.26):
Formato da Posição – Permite que
você escolha diferentes sistemas de coordenadas.
O
formato
de
posição
inicial
‘hddd°mm.mmm’ mostra a latitude e longitude
em graus e minutos é habitualmente o mais
usado.
Datum de Mapa – Oferece uma seleção de praticamente todos os datums comumente usados. Todo mapa está baseado em
um datum (um modelo de referência da forma
da terra) que está usualmente listado no bloco
de título do mapa. Se você está comparando as
coordenadas GPS com um mapa impresso, ou
outra referência, o datum do mapa neste campo
Figura 4.26. Página das
precisa coincidir com o datum horizontal usado
Unidades.
para gerar o mapa ou a referência em questão.
O datum inicial é o WGS 84 (World Geodetic Survey 1984) e só deveria ser
mudado quando se estiver usando mapas ou cartas especificando um datum diferente. Se um mapa não especifica um datum, use a lista de opções
para achar datums aplicáveis à região do mapa, selecionando aquele que
fornece o melhor posicionamento em um ponto conhecido. Você pode também escolher o datum ‘User’ para sistemas de coordenadas personalizados.
Distância/Velocidade – Você pode escolher uma de três unidades
de medida para mostrar sua taxa de deslocamento.
Elevação/Velocidade vertical – Você pode escolher uma de duas
unidades de medida para registrar sua elevação e razão de subida.
a) Para selecionar opções da Página de Unidades
139
1. Para todos os campos nesta página, selecione o campo e então
pressione o CLICK STICK para abrir o menu de opções para o mesmo.
2. Selecione a opção desejada no menu e então pressione o
CLICK STICK para colocá-la no campo.
4.2.6.5.3 Página de Acessórios
159B
Existem três páginas de acessórios
(funções que melhoram a operação da unidade,
mas não são essenciais): a posição do sol e da
lua relativa à uma localização, um calendário
mensal, e um registro das melhores ocasiões
para caça e pesca (Figura 4.27). Selecione o
ícone apropriado e então pressione o CLICK
STICK para abrir a página desejada.
O Sol e a Lua
Esta característica fornece a você um
gráfico das posições do sol e da lua para uma
determinada data, horário e localização, com
horários do nascer e pôr do sol e da lua (Figura
4.28).
Os botões na tela, que aparecem na
parte inferior dessa página, permitem que você
anime o movimento do sol e da lua e pare esse
movimento quando chegue a uma data estabelecida. O primeiro botão à esquerda anima os
movimentos do sol e da lua representados
acima, e você pode ver posições para qualquer
data estabelecida, observando o campo de data
e parando o movimento quando a data desejada aparecer. Você pode também ver as fases
diferentes da lua pressionando o botão central
e, então, o botão de parada, mais à direita,
quando a data deseja aparecer.
a) Página Sol e Lua - Para estabelecer data e hora:
1. Para a data e hora atuais, selecione
cada campo e então pressione o CLICK STICK
140
Acessórios.
Sol e Lua.
para introduzir os caracteres individuais.
2. Para abrir a data atual e o horário, selecione a página Menu de
opções e pressione o CLICK STICK para abrir a opção
‘Use Current Time’ e, então, pressione o CLICK STICK para ativar.
b) Página Sol e Lua - Para estabelecer a localização:
1. Selecione o campo Localização e então pressione o CLICK
STICK para abrir a lista de opções ‘Nova Localização’.
2. Selecione a opção desejada e então pressione o CLICK STICK
para ativar. Se você escolher ‘Localização Atual’ os valores do campo aberto nesta página corresponderão à sua localização atual. Se você escolher a
função ‘Use Mapa, uma página de mapa aparecerá. Use a seta de mapa
para identificar a localização desejada e então pressione o CLICK STICK.
Se você escolher ‘Use Menu de Busca’ siga mesmas instruções para a
utilização do Menu de Procura (páginas anteriores).
4.2.7 Página do Altímetro
96B
A Página Altímetro fornece a você uma
variedade de informações sobre altitude: Uma
janela de status mostra a elevação atual junto
com a média atual de subida/descida, um perfil
de mudanças de elevação relativas à distância
ou tempo, um perfil de mudanças de pressão
relativas o tempo, e dois campos de dados
selecionáveis pelo usuário (Figura 4.29).
A janela de status está localizada no
alto da página e mostra a elevação atual e a
média atual de subida ou descida quando você
está se movendo. Ela também pode mostrar a
pressão ambiente.
O campo de perfil gráfico está localizado no centro da página e pode ser configurado
para expor os gráficos de elevação ou de pressão atmosférica, a partir do menu de opções da
Página do Altímetro.
Campos de Dados na parte inferior da
página são selecionáveis pelo usuário e permitem visualizar uma variedade de dados regis141
Altímetro com o gráfico
de elevação ativo.
trados ou atuais.
Calibração do Altímetro: Introdução
Uma vez que o eTrex Vista baseia-se
na pressão barométrica para determinar a altitude e a pressão em uma elevação qualquer
pode flutuar, você pode calibrar o altímetro para
melhorar sua precisão. A fim de que isto ocorra,
você precisa saber a altitude de sua atual localização. Você pode obter esta informação em
um mapa ou em outra fonte confiável. Claro
que, se aquela informação concorda com a
informação de e elevação apresentada pela
unidade, a calibração não é necessária.
Para calibrar o altímetro
1. Use o CLICK STICK para acessar a
página Menu de Opções.
2. Selecione a opção ‘Calibrar Altímetro’ e pressione o CLICK STICK para abrir a
Página de calibração.
3. A página mostrará uma mensagem
dizendo “Você Sabe a Elevação Correta?” (Figura 4.30).
Selecione, na tela, o botão ‘Sim’ e
pressione o CLICK STICK.
4. Aparecerá um teclado numérico.
Use o CLICK STICK para indicar a nova elevação, selecione ‘OK’ e pressione-o para voltar à
página Altímetro (Figura 4.31).
5. Se você selecionou ‘Não’, também
voltará à página Altímetro, mas sem nenhuma
mudança na elevação.
142
Calibração.
Figura 4.31. Teclado
numérico.
4.3 Aplicativos
34B
4.3.1 GPS TrackMaker
97B
4.3.1.1 Informações Importantes
148BU
O GTM PRO® destina-se a
uma parcela de usuários que utiliza o
programa profissionalmente, ou seja,
necessitam de cálculo de área,
transferência de dados dos receptores de navegação Garmin, Megallan,
entre outros. Realiza também transferências de dados para o Excel®,
expor tação para o AutoCad® e
ArcView®, e outras funções avançadas.
Geralmente são empresas, engenheiros, agrimensores, peritos judiciais ou pessoas que querem utilizar o GPS de mão como ferramenta
auxiliar a levantamentos topográficos mais precisos, realizados com teodolito, estação total ou outros equipamentos topográficos de precisão.
O GTM PRO® é o mesmo GPS TrackMaker® gratuito disponível na Internet, com os seguintes acréscimos:
T
T
• Permite criar projetos completos de Mapas (arquivos MAP e
PJC)
• Rotação de imagens para uma calibração precisa
• Recorte de Imagem
• Função Expandir Zona que permite calibrar mapas localizados
em duas ou mais zonas
•
•
•
•
•
•
•
Suporte pata imagens GeoTiff (TIFF geocodificado)
Suporte para arquivos DRG (Digital Raster Graphic)
Abre e grava imagens BMP, JPG, GIF, TIFF, PNG, PCX
Suporte para Plano Cartográfico e Plano Topográfico
Calculo de áreas cartográficas delimitadas por Trilhas
Cálculo da áreas locais topográficas delimitadas por Trilhas
Cálculo de distâncias topográficas locais
143
• Cálculo de distâncias da projeção horizontal ou considerando
as altitudes
•
•
•
•
Função de conversão topográficas dos dados obtidos do GPS
•
•
•
•
•
•
Exportação de arquivos no formato XLS (Excel® 95)
•
•
•
•
•
Datum definido pelo usuário
•
•
•
•
Rotação de dados
Importação e exportação para o AutoCad®, no formato DXF
Importação e exportação para o ArcView®, no formato SHP
Tratamento de dados em tabelas semelhantes ao Microsoft Excel®
Exportação de arquivos no formato DBF (dBase® IV)
Exportação de arquivos MIF/MID (MapInfo®)
Função Visualizar Impressão
Importação e exportação de dados para editores de texto
Criação de múltiplos estilos de Waypoints, para mapas mais detalhados
Grade Retangular definida pelo Usuário (User Grid)
Sistemas LTM e RTM de coordenadas
Ferramenta de União de Trilhas
Cálculo de média da posição geodésica de Waypoints, Trilhas e
Rotas
Perfil de Altitudes com funções avançadas
Ferramenta para aplicar altitudes em curvas de nível
Criação de Trilhas de perfil de altitudes a partir de curvas de nível
• Ferramenta de remoção de acentos
• Ferramenta de Recorte Retangular para mapeamentos avançados
•
•
•
•
•
•
Fator de escala e Convergência Meridiana UTM
Tabela de azimutes, velocidades e distâncias
Cálculo de azimutes com precisão de centésimos de segundo
Permite restaurar o aspecto original de imagens
Rastreamento de múltiplos veículos com o Tracker II
Relatórios completos de endereço por onde o veículo passou
144
NOTAS IMPORTANTES: O GTM PRO® não substitui o trabalho
de profissionais de agrimensura, tendo em vista que o programa foi desenvolvido para trabalhar com GPS de navegação que possui uma precisão de
5 a 10 metros depois da retirada da degradação intencional (SA) pelo governo dos Estados Unidos.
Para obter precisão no cálculo de área, o GPS de navegação não é
o instrumento mais adequado. A precisão somente será conseguida com a
contratação de um profissional habilitado que utilize equipamentos mais
precisos e de custo muito superior aos GPS de navegação, como é o caso
das Estações Totais e GPS Diferencial.
O programa não é indicado para trabalhos que exijam precisão inferior a 10 metros, como por exemplo, demarcações de terras e avaliação
de pequenos lotes urbanos. Levantamentos planialtimétricos devem ser
realizados com cautela, pois o erro de altitude do GPS de mão é superior a
10 metros.
4.3.1.2 Tutorial do GPS TrackMaker
149BU
Este Tutorial tem por objetivo trazer
um resumo das principais ferramentas do
software GPS TrackMaker Free, versão 13.3
disponível na internet, de modo que o mesmo
possa auxiliar o usuário nas mais diversas
aplicações de levantamentos com o sistema
GPS, através de receptores de navegação.
4.3.1.2.1 Barra de Ferramentas Horizontal
1- Novo Arquivo – Fecha o arquivo que está aberto e fica com a tela limpa.
2- Abrir Arquivo – Fecha o arquivo que está aberto e abre um novo
arquivo.
3- Unir Arquivo – Mantém o arquivo aberto e uni com o novo arquivo.
145
4- Salvar Arquivo – Salva o arquivo com o nome do primeiro arquivo aberto – Cuidado – Usar :” Salvar Como”
5- Imprimir a tela
6-Visão Geral – Zoom mínimo.
7- Ferramenta Zoom
8- Zoom - Aproximar.
9- Zoom - Afastar.
10-Opção de exibição
11-Ver trilhas por cores. A trilha fica na cor original e com linha fina.
12-Perfil de altitude.
13-Velocidade da trilha.
14-Cartográfico.
15-Fragmentar trilhas.
16-Inverter trilhas e rotas.
17-Inverter pontos selecionados.
18-Selecionar pontos pelos ícones.
19-Selecionar trilhas por estilo.
20-Modificar Waypoints selecionados.
21-Modificar estilo da trilha.
22-Ferramenta de Waypoint repetido.
23-Selecionar trilhas/rotas repetidos.
24-Redutor de trilhas.
25-Inserir imagem de mapa.
26-Abrir catalogo de imagem.
27-Visão 3D no Google Earth.
28-Abrir mapa na Internet.
29-Ajuda.
30-Escala.
31-Selecionar mapas.
32-Mapa em branco e preto.
33-Pesquisar waypoints.
34-Mostrar coordenadas.
146
4.3.1.2.2 Barra de Ferramentas Vertical
16B
1 - Detectar elementos (deve ficar ligado)
2 - Abrir janela quando criar novo elemento
3 - Arrastar vértices ou waypoints.
4 - Selecionar dados
5 - Trazer para frente
6 - Enviar para traz
7 - Ferramenta lápis
8 - Criar Rotas
9 - Desenho a mão livre
10 - Linha continua
11 - Retângulo
12 - Retângulo com borda arredondada
13 - Elipse
14 - Triângulo
15 - Pentágono
16 - Hexagono
17 - Círculo
4.3.1.2.3 Criando um Ponto
162B
1 - Acender o lápis (ícone 7 na vertical).
2 - Em qualquer local da tela clicar com o botão esquerdo do mouse, que aparecera um WAY numero tal.
3 - Colocar o lápis a esquerda da palavra WAY que aparecera um
circulo, clicar com o botão direito do mouse que será aberta uma nova tela
(Editar Waypoint).
4 - No quadro acima a esquerda, escolha o ícone que deseja apresentar. Clique sobre o ícone com o botão esquerdo que ele aparecera no
circulo abaixo.
5 - Na parte direita da tela, apagar a latitude que esta grafada e inserir a latitude do ponto que esta sendo criado (use o sinal negativo para o
SUL) + 2 dígitos para os graus + espaço + 2 dígitos para os minutos + apostrofo + espaço + 2 dígitos para os segundos + ponto (vírgula no teclado) + 1
digito para o décimo de segundo + apostrofo duplo. Faça da mesma forma
147
com a longitude. Na altitude, digite a altitude em metros. Ex: Latitude -29
32' 23,45398''.
6 - Na parte abaixo e à esquerda da tela, clicar em editar estilo do
waypoint e outra tela se abrirá. Clicar em símbolo com nome e em seguida
editar fonte. Em Fonte, colocar o tipo de letra desejada; em estilo da fonte,
selecionar opção desejada (negrito é o normal); em tamanho o tamanho de
letra desejada (o usual é entre 8 a 12). Clicar OK em tudo e estará criado o
ponto (Figura 4.32).
Figura 4.32. Tela de edição do estilo do Waypoint.
4.3.1.2.4 Transferindo pontos do computador para o GPS e vice
163B
versa
1 - Clicar no ícone 2 horizontal (abrir arquivo)
2 - Verificar na janela superior (examinar) se aparece o nome do
subdiretório “Atualização”; caso não apareça, clicar na seta à direita e se
dentre as opções abertas não estiver, clicar em disco local C e procurar o
diretório “Arquivos Trackmaker e subdiretório “Atualização”.
3 - Procurar o arquivo que vai ser transferido para o GPS. Se precisar unir mais de um arquivo, clicar no ícone 3 horizontal ( Unir arquivos ) e
proceder da mesma forma que o item anterior.
148
4 - Faça isso com quantos arquivos for necessário. Verifique no rodapé da tela, para saber quantos Wpts estão na tela, e compare com a
capacidade da memória USER do seu GPS.
5 - Ligue o GPS, coloque-o em modo simulador, conecte o GPS ao
computador com o cabo Serial ou USB. Delete os Wpts da memória.
6 - Clique em Interface (na régua superior ). Escolha a interface
do seu GPS (por exemplo interface Garmin). Abrirá uma janela “GPS
TrackMaker – Interface Garmin” . Clique em Identificar. Olhe no quadro
preto, deverá aparecer a identificação do seu GPS. Caso isso não ocorra, é
que a conexão não foi feita e deverá ser resolvido o problema do computador.
7 - Clique em “Enviar dados ao GPS” e em “Waypoints”. A transferência será feita em alguns segundos. Clique em “Sair”. Verifique no GPS
se os pontos estão na memória “USER”.
8 - Da mesma forma você poderá transferir rotas, trilhas, waypoins,
tudo, tanto do computador para o GPS ( Enviar dados para o GPS ), como
do GPS para o computador (Capturar dados do GPS) (Figura 4.33).
4.3.1.2.5 Configurando menu ferramentas, opções do Software
164B
GTM
4.3.1.2.5.1 Opções Gerais
Através do menu “ferramentas” encontrado na parte superior da tela do programa, podemos configurar portas de comunicação do computador
com o Receptor GPS, bem como fontes, opções de coloração dos grids
através da aba “General”. O usual é deixar a configuração padrão nesta
aba, ou seja, não mudar as configurações que estão selecionadas. Como
mostra a Figura 4.34.
184B
149
Figura 4.33. Interfase Garmin, utilizada para transferências de dados do
GPS e o computador.
Figura 4.34. Tela de menu “ferramentas”, “opções”, “aba configurações
gerais”.
150
4.3.1.2.5.2 Opções de Unidades
Quando se trabalha em levantamentos onde serão coletadas coordenadas é muito importante configurar as unidades em que será dimensionado o projeto para não haver nenhum erro grosseiro. A opção de configuração de unidades é encontrada no menu ferramentas através da aba “Units” , nesta aba vamos encontrar as configurações da “unidades de comprimentos”, “altitude” e “fuso horário local”. A Figura 4.35 abaixo mostra com
mais detalhes a configuração das unidades de trabalho.
185B
Figura 4.35. Tela de menu “ferramentas”, “opções”, “aba Unidades”.
4.3.1.2.5.3 Opções de Coordenadas
Uma das configurações que devemos ter mais atenção é a configuração das coordenadas que será projetado o levantamento, esta configuração deve estar de acordo com a configuração que o usuário configurou o
GPS, ou seja, as coordenadas podem ser levantadas através de grades
retangulares conhecidas como coordenadas UTM, em Graus, Graus/Min e
Graus/Min/Seg, como mostra a Figura 5.36 apresentada a abaixo:
186B
151
Figura 4.36. Tela de menu “ferramentas”, “opções”, “aba Coodenadas”.
4.3.1.2.5.4 Opções de Datum
Das 8 abas encontradas no caminho “menu ferramentas”, “Opções”, as 4 que merecem maiores atenções na parte de configuração são as
abas “General”, “Units”, “Coordinates” e por ultimo a aba “Datum” que
será vista neste item. Um Datum como vimos durante o curso é constituído
pela adoção de um elipsóide de referência que representará a figura matemática da Terra, um Ponto Geodésico Origem e um Azimute inicial para
fixar o sistema de coordenadas na Terra e servir como marco inicial das
medidas de latitudes e longitudes. O Datum utilizado nas configurações do
GPS deverá ser igual ao configurado no programa para evitar o erro grosseiro de diferentes dada. Atualmente o Brasil adotou o Datum SIRGAS 2000
que é idêntico ao WGS-84 utilizado pelos americanos. Aconselha-se utilizar
o mesmo citado acima. A Figura 4.37 mostra as opções de configuração dos
diferentes dada suportados no Receptor GPS.
187B
152
Figura 4.37. Tela de menu “ferramentas”, “opções”, “aba Datum”.
4.3.2 Google Earth
98B
4.3.2.1 Introdução ao Google Earth
150BU
Pense em praticamente ter o mundo dentro da tela do seu PC? Na
possibilidade ver imagens dos locais mais importantes do mundo? Conhecer
lugares, monumentos históricos, tudo isso viajando sem sair da cadeira do
computador? Pensou em tudo o que falamos? Pois pare de pensar e comece agora a ação, porque isso tudo é possível de um jeito muito simples:
Google Earth.
Você não sabe ou faz idéia de como usar o programa? Não se preocupe, o Makaeh Cult criou um Tutorial simples e fácil para você saber
dominar as principais funções e características do Google Earth.
4.3.2.2 O que é o Google Earth?
15BU
Num mundo onde saber se localizar torna-se cada vez mais importante e aonde aparelhos de GPS já vêm embutidos em celulares e veículos,
viajar ou se locomover já não pode mais depender apenas de pontos de
153
referência e paradas na estrada para obter informação com pessoas nativas.
O Google Earth é um programa desenvolvido e distribuído pelo
Google no qual sua principal função é apresentar um modelo tridimensional
do globo terrestre, constituído a partir de imagens de satélite obtidas em
fontes diversas, uma delas a NASA.
Desta forma, o programa pode ser usado simplesmente como um
gerador de mapas bidimensionais e fotos de satélite ou até como um fiel
simulador das diversas paisagens presentes no Planeta Terra. Com isso, é
possível identificar lugares, construções, cidades, paisagens, entre outros
elementos presentes na geografia do mundo.
Atualmente, o programa permite dar zoom para visualizar detalhes,
inclinar ou girar uma imagem, marcar os locais que você conseguiu
identificar para visitá-los posteriormente, medir a distância entre dois pontos,
traçar trajetos ou rotas e até mesmo ter uma visão tridimensional de uma
determinada localidade.
Ele faz a cartografia do planeta, agregando imagens obtidas de
várias fontes, incluindo imagens de satélite, fotografia aérea e sistemas de
informação geográfica (SIG), e sobre um globo em 3D. Também é possível
ver mapas antigos do planeta todo.
A nova versão 4.2 do Google Earth, torna possível visualizar até
mesmo o espaço, suas galáxias e planetas.
4.3.2.3 Requisitos do Sistema
152BU
Bom, todo e qualquer programa necessita de uma configuração
mínima para que se possa funcionar e uma configuração recomendada
onde você possa aproveitar o máximo dele. Com o Google Earth não é
diferente, existe os dois tipos, e uma unanimidade entre as configurações:
internet de banda larga é imprescindível.
4.3.2.3.1 Requisitos Mínimos
165B
Windows 2000 ou superior, Mac OSX ou Linux
Processador Pentium III 500 Mhz
Memória RAM 128 Mb
HD com 400 Mb de espaço livre
Placa de Vídeo 3D com 16 Mb
154
Monitor com resolução 1028x768 - 16 bits
Conexão com a internet
4.3.2.3.2 Configuração Recomendada
16B
Windows XP ou superior, Mac OSX ou Linux
Processador Pentium 4 2,4 Ghz ou Athlon XP 2400+
Memória RAM 512 Mb
HD com 2 Gb de espaço livre
Placa de Vídeo 3D com 32 Mb
Monitor com resolução 1280x1024 - 32 Bits
Conexão com banda larga
Não importa se a sua configuração seja a mínim imposta ou a recomendada pelo Google, de qualquer forma você aproveitará pra valer esse
fantástico programa.
A versão que explicaremos neste manual é a do Google Earth 4.2
Beta e serve tanto para o Windows, quanto para o Mac OSX e o Linux.Não
há grandes diferenças entre eles.
4.3.2.4 Instalação
153BU
Execute o arquivo executável que você acabou de baixar do programa Google Earth para iniciar a instalação. Agora irá se abrir a janela do
Assistente de instalação do Google Earth, clique no botão Avançar para
iniciar a instalação.
Depois irão aparecer os termos de compromisso, o contrato de utilização do programa. Caso deseje prosseguir, marque a opção "Eu aceito
os termos do contrato de licença" e depois aperte Avançar.
Após isso o software estará sendo instalando, cabendo a você usuário apenas aguardar o fim do processo. Depois aparecerá a janela informando que o processo de instalação foi terminado com êxito, então clique
no botão Concluir.
Parabéns, você acabou de instalar o Google Earth e está pronto
para utilizá-lo. O programa está pronto para ser utilizado, ele ocupa aproximadamente 35 Mb de espaço no disco.
155
4.3.2.5 Iniciando o Google Earth
154BU
Pronto, agora você pode iniciar o programa e começar a explorá-lo.
Para isso clique duas vezes sobre o ícone localizado na área de trabalho ou
vá ao Menu Iniciar>Programas>Google Earth>Iniciar o Google Earth.
Note que haverá duas opções de inicialização, iniciar no Modo DirectX ou iniciar no modo OpenGL. Isso depende da sua placa de vídeo, em
qual dos dois padrões ele suporta o início e executa melhor o programa.
Para usuários do Windows, recomendamos sempre iniciar o software no modo DirectX pela maior chance de compatibilidade e melhor qualidade gráfica. Usuários de Mac ou Linux devem obrigatoriamente usar o
padrão OpenGL.
Uma vez que o programa esteja carregado, aparecerá a tela inicial
com o Globo Terrestre direcionado perpendicularmente ao Brasil, em nosso
caso.
A visão geral que você está tendo é a interface do programa, todos
os comandos estão distribuídos na tela, cada um com a sua função, e são
esses comandos dos quais falaremos a seguir.
4.3.2.5.1 Controles de Navegação
167B
Bom, para iniciarmos a utilização do Google Earth devemos saber
de seu principal instrumento de navegação. Com o auxílio dele, faremos a
tarefa mais importante do programa que é navegar pelo espaço terrestre.
Os controles de navegação ficam no canto superior direito da tela.
Eles mais se parecem com uma bússola de navegação e são a parte mais
importante para a movimentação do usuário pelo Globo.
Esses controles exercem diversas funções como fazer movimento
de rotação, indicar o Norte, inclinar, aumentar e diminuir zoom, e se movimentar em várias direções pelos mapas.
Para visualizar estes controles, basta que o usuário mova o cursor
sobre a área onde fica localizada a ferramenta para que ela pareça. Quando
você mover o cursor para ouro lugar, os controles desaparecerão e ficarão
ocultos até você passar sobre eles novamente.
Eles oferecem o mesmo tipo de ação da navegação de um mouse.
Você ainda pode usá-los para inclinar a visualização de um local, e assim
obter outra perspectiva de visualização do terreno. A Figura 4.38 abaixo
apresenta todos os controles e suas respectivas funções:
156
Figura 4.38. Controles de navegação do Google Earth.
(1) Regulador de Inclinação – Esta ferramenta possibilita inclinar o
terreno e obter uma visualização semelhante ao horizonte. Para regular e
conseguir uma visualização de cima para baixo, mova o regulador para a
esquerda. Se preferir uma visualização mais próxima de um horizonte, mova
o regulador para a direita.
(2) Botão Central – Use o joystick para mover o botão central, arraste ele para qualquer direção em busca de um determinado pontoobjetivo.
(3) Teclas Direcionais – Utilize as setas de direção para se mover
Nara os para os lados correspondentes a elas. Para cima, baixo, direita ou
esquerda.
(4) Marcador do Norte – Clique no botão com a letra N para redefinir a visualização de modo que o ponto Norte fique na parte superior da tela.
(5) Zoom – Use o regulador de zoom para aumentar ou diminuir o
zoom (+ e –). Clique duas vezes nos sinais para aumentar ou diminuir o
zoom totalmente. Note que sempre quanto o maior o zoom, menor irá ficando a qualidade da imagem.
(6) Anel de Navegação – Clique em cima e arraste para os lados o
anel de navegação a modo de que ele gire a visualização chegando até
360º de ângulo. Assim você poderá observar determinado local com rumo
para outros pontos cardeais além do Norte.
157
4.3.2.5.2 Funções do Menu
168B
O Menu do Google Earth é bem simples. Ele se assemelha aos
menus de outros programas como o Office e o Picasa, por exemplo. O menu permite que o usuário acesse as funcionalidades mais relevantes do
Google Earth.
A seguir, listaremos todas as guias e sua funções que estão contidas dentro do menu do Google Earth (Figura 4.39):
Figura 4.39. Menus do Google Earth
4.3.2.5.2.1 Arquivo
Esta guia lhe dá acesso a várias funções entre elas:
- Abrir... Permite abrir um arquivo de localização no Google Earth.
Você verá isso mais detalhadamente depois. (Atalho: Ctrl+O)
- Salvar: Permite salvar em formato JPEG (.jpg) a imagem que está
sendo mostrada no momento e que também permite salvar um arquivo de
localização dessa imagem. Para que no futuro você possa visitar este ponto
novamente, basta clicar em Abrir e selecionar o arquivo que você salvou.
- Enviar por e-mail: Permite ao usuário que ele envie pelo Gmail ou
conta padrão do Outlook Express, imagens, marcadores e visualizações
para amigos.
- Compartilhar/Postar: Permite que você envie para a comunidade
online do Google Earth o ponto marcado por você mesmo para que todos no
mundo possam ter acesso a ele.
- Visualizar no Google Maps: Permite que você visualize o ponto
atualmente onde você está no site do Google Maps. (Atalho: Ctrl+Alt+M)
- Imprimir: Permite que você imprima em papel o local que está visualizando no Google Earth. A qualidade depende das imagens de satélite
do local. (Atalho: Ctrl+P)
18B
4.3.2.5.2.2 Editar
Lista que dá acesso as opções de recorte e colagem dos pontos e
imagens do Google Earth. As funções deste menu são aplicáveis quando
você seleciona um ponto ou clica em cima dele na área Lugares.
189B
158
- Recortar: Recorta um ponto ou imagem para ser copiado para
qualquer lugar dentro e fora do programa Google Earth. (Atalho: Ctrl+X)
- Copiar: Copia e duplica uma imagem ou marcador presente nas
suas configurações do Google Earth. (Atalho: Imagem Ctrl+Alt+C e Marcador Ctrl+C)
- Colar: Cola imagem ou ponto que você havia copiado ou recortado de dentro ou fora do Google Earth. (Atalho: Ctrl+V)
- Excluir: Apaga uma imagem ou marcador que você havia adicionado ou do próprio Google Earth. (Atalho: Backspace)
- Localizar: Abre uma caixa de pesquisa em Lugares para que você
digite o nome do marcador para encontrá-lo dentro dos pontos disponíveis
em seus locais salvos. (Atalho: Ctrl+F)
- Atualizar: Atualiza as informações quando o carregamento for efetuado de maneira errada ou quando sequer for carregado as imagens do
local. (Atalho: Ctrl+R)
- Renomear: Renomeia o ponto marcado ou imagem selecionada
adicionando outro nome no lugar. (Atalho: Ctrl+Alt+R)
- Limpar Histórico de Pesquisa: Exclui todos os nomes pesquisados
e resultados mostrados anteriormente. Assim o recurso de autocompletar
ficará limpo.
- Propriedades: Mostra as propriedades do ponto selecionado. Nela
você pode inserir ou editar a descrição, mudar o estilo ou cor do marcador e
saber a latitude e longitude do ponto em questão. (Atalho: Alt+Enter)
4.3.2.5.2.3 Visualizar
Menu que permite acessar todas as opções de visualização e customização da interface do Google Earth, adicionando e eliminando recursos
visuais.
Nele você pode incluir ou retirar a barra de ferramentas, a barra lateral. Mostrar o programa em tela cheia ou escolher o tamanho de visualização. Pode mostrar ou ocultar a bússola, os controles de navegação e a
barra de status.
Pode também inserir uma grade na imagem, legenda de escala
cartográfica, mudar a visualização para o espaço e utilizar o local em questão para que o Google Earth sempre inicie direcionado para ele. Este menu
praticamente cuida de todos os recursos visuais.
190B
159
4.3.2.5.2.4 Ferramentas
O menu de Ferramentas permite alterar as suas configurações do
Google Earth e acessar recursos adicionais do programa.
- Web: Quando você clica nele, o seu navegador de internet abre
uma página inicial do Google Search (Pesquisa Google).
- Régua: Recurso bem interessante que permite você traçar um
caminho ou medir a distância entre dois pontos. Você ainda pode converter
a medidas de distância, entre milhas, metros, quilômetros, jardas e etc.
(Figura 4.40).
19B
Figura 4.40. Imagem mostra o traçado de um caminho feito com a Régua, a
medida está em metros.
- GPS: Recurso disponível apenas para assinantes do Google Earth Plus (versão paga do Google Earth). Ele te dá as localizações em tempo
real de onde você está sobrevoando.
- Reproduzir Passeio: Ele exibe automaticamente todos os pontos
marcados em Lugares. Tipo, quando você seleciona esta opção, ele automaticamente sobrevoa ponto por ponto, fica alguns segundos parado sobre
o local e voa novamente para o próximo ponto. Muito divertido! (Atalho:
Ctrl+Alt+P)
160
- Opções: Local onde permite que você altere e ajuste as configurações do programa Google Earth de acordo com a sua necessidade e a
capacidade do computador.
A janela de opções conta com várias abas de configurações. Nelas
você pode alterar a seguintes opções: Visualização em 3D, Cache, Passeio, Navegação e Geral.
Você pode fazer as alterações e salvá-las, a qualquer momento clique em Restaurar Padrão para voltar às configurações originais (Figura
4.41).
Figura 4.41. Caixa de Opções: Mude e ajuste as configurações do Google
Earth.
4.3.2.5.2.5 Adicionar
Este menu permite adicionar marcadores em locais escolhidos pelo
próprio usuário. É o menu que trata das modificações feitas pelo usuário.
Assim você pode localizar e visualizar facilmente os seus locais preferidos.
Este menu está diretamente ligado a caixa Lugares (Figura 4.42).
- Pasta: Com esta opção você pode criar uma pasta onde irá reunir
os pontos marcados e imagens de seu interesse. Um exemplo é você criar
uma pasta chamada "Praias" e reunir todos os marcadores que se referem a
praia. (Atalho: Ctrl+Shift+N).
192B
161
- Marcador: Esta opção é a mais importante do software Google
Earth. Ela é quem demarca o local exato onde a pessoa deseja guardar. Por
exemplo, você encontrou a sua casa e quer gravá-la no programa? Basta
adicionar um marcador, arraste o ícone para o local adequado.
Depois é só preencher os dados da janela como nome e descrição.
Clique no botão do alfinete amarelo para mudar o desenho do marcador,
você pode criar um próprio. Selecione a aba Estilo/Cor e assim poderá personalizar a marcação, alterando a cor, o tamanho e etc. (Atalho: Ctrl+Shift+P).
Figura 4.42. Marcador: Arraste o alfinete para o local exato e depois edite as
informações do ponto.
- Caminho: Permite guardar o traçado de um caminho sobre a imagem. A função é uma das opções presentes na Régua, só que a possibilidade de salvar. Para guardar o trajeto, basta marcá-lo, ir em Adicionar e
depois selecionar a opção Caminho. Depois nomeie o caminho e clique em
Ok. Pronto! Ele estará guardado na caixa Lugares. (Atalho: Ctrl+Shift+T).
- Polígono: Permite a utilização de polígonos para definir áreas e
marcações com um maior detalhe. Assim você pode definir as marcações e
medidas de um terreno com melhor precisão. (Atalho: Ctrl+Shift+G)
162
- Modelo: Recurso avançado do Google Earth. Permite que o usuário adicione um conjunto de informações vetoriais para realizar produções
3D em cima da imagem exibida, por exemplo. (Atalho: Ctrl+Shift+M)
- Foto: Permite adicionar fotos e imagens dos locais onde possuem
marcador. Suponha que você encontrou sua escola no programa. Você
pode adicionar uma fotografia desse ponto usando esta opção.
Quando ativar este item, clique no botão Navegar para procurar a
imagem. Logo em seguida clique na aba Foto para fazer ajustes na fotografia.
- Superposição de Imagem: Você pode adicionar uma imagem sobre o mapa. Ao contrário da foto, esta opção não adiciona uma imagem ao
marcador e sim no próprio mapa. Você pode colocar um logotipo seu sobre
determinado local. Suporta imagens em .jpg, .bmp, .tif, .png, .tga ou .gif.
(Atalho: Ctrl+Shift+O) (Figura 4.43).
Figura 4.43. Superposição de imagens orbitais, Campus da UFSM.
- Link de Rede: Permite adicionar um link que redirecione para um
site ou um arquivo na internet. Assim você pode colocar o endereço da
página de internet de determinada empresa, por exemplo.
163
4.3.2.5.2.6 Ajuda
Neste menu você pode encontrar informações sobre a versão do
programa, colocar uma licença e assim fazer o upgrade para o Google Earth
Plus ou tirar algumas das dúvidas mais freqüentes.
193B
4.3.2.5.3 Painel Pesquisar
169B
A caixa pesquisar é umas das ferramentas fundamentais para localizar, lugares, cidades e pontos no software Google Earth e marcá-los.
Ela está dividida em 3 abas (Figura 4.44). São elas: Voar Para, Localizar Empresas e Trajeto.
Figura 4.44. Ferramenta de localização do Google Earth.
4.3.2.5.3.1 Voar Para
Com esta opção você pode localizar países, cidades, estados,
hospitais, pontos turísticos e etc. Suponha que queira localizar a cidade de
Macaé, no Rio de janeiro. Para isso basta digitar o nome da cidade no campo de pesquisa do Voar Para e clicar no botão da lupa.
Quando o Google Earth localizar a cidade, irá direcionar o visualizador no campo total da cidade. Caso haja mais de um local com o mesmo
nome, experimente digitar mais informações para eliminar as outras alternativas.
Dependendo do local, o Google Earth lista as possíveis localidades
da qual você quis falar. Então basta escolher uma delas para ir voando até a
planta-baixa do local.
194B
164
Note que você também pode localizar lugares através de suas coordenadas geográficas, mais precisamente a latitude e a longitude do local.
Essa questão da latitude e longitude será tratada com mais detalhe adiante.
4.3.2.5.3.2 Localizar Empresas
Imagine que você esteja em Macaé e irá viajar para o Rio de janeiro assistir um show numa casa de espetáculos? Você não conhece o lugar e
então decide visualizar no Google Earth onde e como é o local.
Para isso, basta mudar a opção de pesquisa para Localizar Empresas. Esta opção não serve apenas para localizar empresas, mas sim qualquer tipo de estabelecimento.
Digite no campo O que o nome do estabelecimento que deseja localizar de no campo Onde, escreva o nome do lugar onde ele fica – Rio de
Janeiro neste caso. Perceba que o programa irá exibir as imagens do ponto
onde o estabelecimento se encontra, caso o programa consiga localizá-lo.
195B
4.3.2.5.3.3 Trajeto
Você necessita saber com ir da Prefeitura, no Centro da cidade, até
a orla da Praia dos Cavaleiros. Para isso você deve abrir a aba chamada
Trajeto no Painel Pesquisar.
No campo De, informe o ponto de origem (Prefeitura de Macaé,
Macaé) e no campo Para, coloque o destino (Praia dos Cavaleiros, Macaé).
Caso consiga traçar o caminho, o programa irá lhe mostrar as coordenadas.
Lembre-se que você pode pedir informação de trajetos entre cidades, usar
número nas ruas, utilizar pontos de referência, entre outras coisas.
Esses recursos vão sempre sendo aprimorados pela equipe de desenvolvimento do Google Earth. Portanto se numa primeira vez você não
obter sucesso com sua pesquisa com uma dessas ferramentas, lembre-se
de que no futuro próximo, você terá sucesso na procura. De qualquer forma
tente melhorar sua pesquisa adicionando mais informações específicas.
196B
4.3.2.5.4 Painel Lugares
170B
Esta é a segunda ferramenta essencial para poder utilizar o Google
Earth. É nela que ficam armazenadas todos os pontos marcados no mapa,
tanto os do Google Earth quanto os criados por você mesmo. Esta caixa
funciona como uma espécie de arquivo de marcadores, realmente todos
estarão armazenados lá.
165
Quando se tem muito esforço para localizar algo ou você tem certeza de que usará aquele ponto muitas vezes e por isso necessita guardá-lo
para ter sempre à mão, você utiliza as funções deste painel.
Bom, seria legal existir uma forma de sempre acessar este lugar
sem precisar ficar procurando várias vezes. Para isso você pode fazer isso
colocando os marcadores existentes no menu Adicionar.
Quando você cria um marcador, uma pasta, um caminho ou uma
imagem, é lá na caixa de Lugares que eles ficam guardados (Figura 4.45).
Portanto basta acessar essa área para ver a lista de todos os pontos existentes. Caso queira fazer alguma alteração nos marcadores, basta clicar
com o botão direito do mouse e selecionar a opção de sua escolha.
Figura 4.45. Guia Eletrônico Makaeh Cult armazenado no painel Lugares.
4.3.2.5.5 Painel Camadas
17B
Se você tem interesse em aproveitar o Google Earth ao máximo,
você deve deixar habilitado a função Camadas. É neste painel que estão
organizados e divididos por categoria, todos os recursos que aprimoram e
adicionam informações às imagens visualizadas por você no mapa do Google Earth.
Para você ver estas informações do próprio programa, basta marcar a opções na caixa. Por exemplo, se você que ver os nomes das ruas e
estradas do local onde está, basta ativar clicando no item Rodovias.
Você localizar outras coisas como Transporte, Praças, Utilidades
Pública e várias outras coisas, bastando ativar os itens correspondentes na
166
caixa de camadas. É só você escolher o tipo de ponto desejado que o programa mostre a marcação para você (Figura 4.46).
Figura 4.46. Banco de dados principais de locais de interesse.
Repare que o Painel Camadas está recheado de itens e que o Google está constantemente adicionando novos recursos. Obviamente que
dependendo do lugar, um item não oferecerá detalhe algum, mas o número
de informações no Google Earth. Não pára de crescer, o que significa que
as camadas podem se tornar úteis no futuro em determinados locais e quem
hoje elas não têm serventia.
Nunca deixe de explorar os itens da caixa de Camadas, pois com
certeza alguns deles vão lhe ser muito úteis.
4.3.2.5.6 Comunidade Google Earth
172B
Uma opção muito útil é a Google Earth Community, uma espécie
de comunidade onde qualquer usuário pode disponibilizar seus marcadores
para qualquer pessoa do mundo utilizar. Elas exibem informações de determinados locais, que os próprios usuários do Google Earth inserem.
Graças a isso, alguns lugares que não têm muita informação dos
desenvolvedores do programa, acabam sendo beneficiados pelos próprios
usuários. Essa opção é representada por um ícone em forma de "i" nos
mapas.
167
4.3.2.5.7 Navegação do Google Earth
173B
A área de navegação é onde, de fato, você verá as imagens dos
lugares. Utilizar essa área é muito fácil, especialmente com o auxílio do
mouse. Com esse dispositivo você pode se aproximar ou distanciar do ponto em questão.
Basta usar o botão de rolagem (Scroll) para movimentar a tela com
a ajuda do mouse. Se você mantiver pressionado o botão esquerdo do
mouse sob qualquer ponto do mapa e movimentá-lo, o foco do Google Earth
se moverá de acordo com a direção do movimento.
Caso queira que o programa se aproxime automaticamente de algum ponto, basta clicar duas vezes seguidas sobre ele. Mas os recursos de
navegação não param por aí. Por padrão, o Google Earth exibe na área de
imagens, uma bússola no canto superior direito. Ao se aproximar dela, a
bússola dá lugar aos controles de navegação, descritos anteriormente.
4.3.2.5.8 Barra de Atalhos
174B
A seguir, mostraremos a barra de atalhos localizada acima da área
de visualização do globo. Ela contém atalhos que economizam tempo no
acesso de algumas funções. A descrição será na ordem respectiva aos
ícones que aparecem da esquerda para a direita (Figura 4.47).
Figura 4.47. Barra de atalhos.
Ocultar Barra Lateral – Esconde o Painel de Pesquisa, de Lugares
e Camadas, proporcionando assim uma maior área de visualização do mapa,
Adicionar Marcador – Atalho que facilita bastante o processo de inserir um marcador no mapa.
Adicionar Polígono – Atalho para o recurso de demarcação detalhada disponível no menu Adicionar.
Adicionar Caminho – Atalho feito para o recurso adicionar caminho,
facilita o processo de marcar o trajeto e salvar no painel Lugares.
Adicionar Superposição de Imagem – Adiciona imagens sobre o
mapa de satélite do Google Earth.
168
Mostrar Régua – Abre a régua para facilitar a medição de distancias entre dois ou mais pontos.
Enviar por e-mail – Facilita a tarefa de enviar um ponto marcado
em anexo por e-mail a um conhecido.
Imprimir – Atalho para imprimir em papel a imagem visualizada no
painel de navegação do Google Earth.
Visualizar no Google Maps – Encurta o caminho da imagem do
Google Earth convertida para os mapas do Google Maps disponibilizados na
internet.
Alternar entre Céu e a Terra – Atalho super simples para mudar o
modo de visualização entre o terrestre e o espacial.
4.3.2.5.9 Latitude e Longitude
175B
Quem nunca aprendeu na quinta série sobre os conceitos de Latitude e Longitude? Pois é, você deve ter pensado que isto nunca seria útil,
que nunca utilizaria isso na vida.
Porém você está redondamente enganado. Uma das maneiras
mais fáceis e precisas de se localizar um lugar no Google Earth é através
das coordenadas de latitude e longitude. E você vai gosta disso...
A localização exata de um determinado ponto na Terra é único e
depende do confronto de sua latitude e sua longitude. Vale penas dizer que
as medições desses parâmetros são mais precisos no software do que na
aula de Geografia.
Por padrão, elas são dadas respectivamente em graus (º), minutos
(') e segundos ("). Como exemplo, digite as coordenadas de latitude
22°54'28.76"S e longitude 43° 7'33.28"O no campo Voar Para (Não precisa
digitar com os símbolos). Veja que o Google Earth exibirá o Museu de Arte
Contemporânea, em Niterói, local correspondente às coordenadas dadas.
Você pode compartilhar isso com amigos. Caso você encontrou
aquele restaurante para sair no fim de semana com a sua turma e quer
mostrar onde fica para algum conhecido, anote as informações de latitude e
longitude que se localizam no rodapé da área de navegação (Figura 4.48).
Mas como fazer isso de forma prática? Basta simular que irá adicionar um marcador, quando abrir a janela de edição de informações, copie
as coordenadas e cancele o ponto. Agora você possui as coordenadas do
lugar em mãos, se a necessidade de ficar anotando manualmente (Figura
4.49).
169
Figura 4.48. Informações no rodapé da área de navegação.
Figura 4.49. Adicionar marcador através de coordenadas conhecidas.
Atenção: Caso alguém use as coordenadas para fazer uma pesquisa através do Voar para no Google Earth, vale lembrar que deve traduzir
os pontos cardeais do português para o inglês caso o contrário o programa
irá dizer que o ponto indicado não foi encontrado.
4.3.2.5.9.1 Tabela de Conversão
Sul (S) traduzido para o inglês fica South (S).
Norte (N) traduzido para o inglês North (N).
Leste (L) traduzido para o inglês East (E).
Oeste (O) traduzido para o inglês West (W).
Exemplo: antes 22º23'41.33"S 41º46'53.21"O
depois 22º23'41.33"S 41º46'53.21"W
197B
4.3.2.5.10 Arquivos KML e KMZ
176B
Como dissemos agora a pouco, você pode fornecer a latitude e a
longitude de um ponto para ser visualizado no Google Earth. Além do modo
que ensinamos anteriormente, também há outro muito melhor e mais completo.
Você também pode utilizar arquivos.kml e .kmz para compartilhar
marcações de locais. Esses arquivos são gerados pelo Google Earth para
170
que quando você envie uma marcação para algum conhecido. Além das
coordenadas, esse arquivo guarda o nome, a descrição, o estilo e cor e etc.
Arquivo .kmz é na verdade um arquivo .kml compactado. Quando
você possui o programa Google Earth instalado no computador e recebe um
arquivo desses, basta clicar duas vezes e o software irá abrir mostrando os
pontos contidos dentro dele.
Eles guardam informações como latitude, longitude, escala, textura,
links, descrições entre outros. Um exemplo de arquivo .kmz são os dados
fornecidos pelo IBGE – MAPAS, onde disponibiliza para download todas as
cidades e limites do Brasil. O guia reúne todas as informações de municípios
localizados
no
Brasil
e
esta
disponível
no
link
http://www.quoos.com.br/geomatica/.
Para criar algo parecido, basta você reunir todos os pontos que deseja dentro de uma pasta e depois clicar com o botão direito do mouse e
selecionar a opção Salvar Como... e escolher entre o .kml e o .kmz a sua
escolha. Se o arquivo for pequeno o .kml é ideal, deixando o .kmz para
arquivos grandes.
Você pode, por exemplo, criar um arquivo que contém todas as filiais de sua empresa, criar um guia de praias, reunir as utilidades públicas,
mostrar todos os pontos de ônibus e etc.
Você pode carregar acessando o menu Arquivo e selecionando a
opção Abrir e escolher o arquivo. Depois selecione a opção Reproduzir
Passeio, uma dica bem legal que falamos lá no início.
4.3.2.5.11 Visualizando o Espaço
17B
Com certeza vocês devem estar maravilhados com isso tudo que
descrevemos sobre o Google Earth. Imagine se além de visualizar a Terra,
você tivesse a possibilidade de visualizar o céu, mais especificamente o
espaço com as suas galáxias, planetas e constelações. Esse é o Google
Sky.
Para isso você deve ir até o menu Visualizar e selecionar a opção
Mudar para Céu. O Google Earth irá carregar as informações, exatamente
quando você inicia o programa para poder lhe mostrar todos os detalhes do
espaço. Em vários pontos da visualização é possível obter explicações
sobre as constelações, galáxias e outras partes da astronomia. A navegação é a mesma que no modo de visualização da Terra. Mas é extremamen-
171
te recomendável se orientar pelo painel de Camadas, visto que o espaço é
infinito e pouco explorado (Figura 4.50).
Figura 4.50. Visualização do Céu pelo Google Earth.
4.3.2.5.12 Agradecimentos à equipe da Google.
178B
É inegável que o software é vasto e recheado de recursos, as finalidades nas quais se pode utilizá-lo são incalculáveis. Não é fácil ou, quem
sabe, possível ensinar e explicar de forma detalhada todos os recursos,
funcionalidades e possibilidades do programa. Por isso, por mais que existam ou criem tutoriais que auxiliem na utilização do programa, nada substitui
a curiosidade e exploração com afinco do Google Earth pelo próprio usuário.
Isso porque ele está sempre sendo atualizado e com isso vão surgindo novos recursos e possibilidades. Para saber sobre atualizações e
novidades sempre é bom dar uma olhada em sites de download ou na própria página do Google Earth. Por todas essas vantagens agradecemos o
desempenho da Google em trazer esta inovação tecnológica ao público em
geral.
172
4.4 Exercício
1) Com o RECEPTOR GPS, configure-o com o sistema de coordenadas UTM e o Datum South American 1969;
2) Localize, com receptor GPS os pontos no campus da UFSM cujas coordenadas UTM (em metros) são as seguintes:
Coordenada E
Coordenada N
237166
6708973
237485
6709145
237198
6709218
237274
6709125
237123
6708962
237142
6709095
3) Georreferencie 3 postes ,1 lixeira e 3 árvores (com os devidos
nomes);
4) Faça um trajeto no campus, calcule sua área e perímetro;
5) Descarregue os dados nos softwares: Campeiro 7 ou no TrackMaker.
173
5 ARCGIS DESKTOP 9.3 BÁSICO
6B
5.1 Introdução
O ArcGIS (A Figura 5.1 mostra a tela de abertura do programa) é
um SIG que consta de 5 componentes fundamentais:
Figura 5.1. Tela Inicial do ArcMap.
ArcGIS Desktop: Nome coletivo dado para três produtos que são
ArcView, ArcEditor e ArcInfo
Server GIS: ArcSDE, ArcIMS e ArcGIS Server - Esses produtos
são usados para criar e gerenciar aplicações baseadas em servidores (server-based GIS) que compartilham conhecimento dentro de organizações
maiores e com muitos outros usuários por meio da Intranet.
Mobile GIS – ArcPad: É a expansão de um GIS de escritório para
o Campo. É semelhante ao Arc GIS Desktop feito para “Handhelds”.
ArcGIS Engine: Ferramenta para customização do software.
GIS Web Services: Ferramenta para facilitar a leitura de dados
espacial (conjunto) pra grupo de usuários via internet.
A Figura 5.2 mostra a representação esquemática de todo o sistema ArcGIS.
Figura 5.2 Representação esquemática do sistema ARCGIS. (Fonte:
www.esriportugal.pt/produtos/produtos_sig_desktop_arcview.html)
O ArcGis Desktop é composto pelos seguintes aplicativos: ArcMAP, ArcCATALOG e ArcTOOLBOX. Podemos ver na figura 5.2 que o
mesmo apresenta algumas subdivisões. Essas subdivisões são as diversas
formas em que são comercializados, em que as principais são: ArcInfo,
ArcView e ArcEditor. Esses três conjuntos de programas funcionam todos
em uma mesma plataforma (ou núcleo de atividades), diferindo apenas por
apresentarem funções simples (ArcView) até o que apresenta funções completas (ArcInfo) cada uma dessas versões comercializadas é composta
pelos três aplicativos citados acima.
5.1.1 O ArcCatalog
O ArcCatalog é um aplicativo do ArcGis que permite o acesso e gerenciamento do conteúdo de dados geográficos. O acesso aos dados se dá
através de conexões, estas juntas formam o catálogo de origem dos dados
geográficos (Figura 5.3).
Ao acessar pela primeira vez o ArcCatalog mostra a entrada do
disco rígido do seu computador. Para acessar dados externos armazenados
em um CD, disco flexível, ou em outro computador na rede, você deve adicionar conexões para estas posições.
176
ArcGIS 9.3 Desktop Básico
Figura 5.3. Tela de inicialização do ArcCatalog.
Quando se acessa uma pasta conectada visualizam-se os itens
que ela contém. Ao contrário do Explorer do Windows, o ArcCatalog não
lista todos os arquivos armazenados no disco.
Ao se conectar a uma pasta tem-se acesso ao conteúdo geográfico
desta, o caminho de um determinado arquivo aparece na caixa de localização e na barra de título do ArcCatalog (Figura 5.4). Recomenda-se desconectar pastas que não estão sendo usadas na árvore de localização, pois
uma nova conexão não será adicionada no ArcCatalog se já houver a mesma conexão ativa. Uma pasta pode aparecer vazia no ArcCatalog mesmo
que contenha outros arquivos, somente extensões pré-definidas serão visualizadas no conteúdo das pastas conectadas.
Quando se quer acessar um local conhecido na rede é mais fácil a
conexão, digitando diretamente o endereço na caixa de localização.
Um ponto de exclamação vermelho ou um ícone junto a uma conexão significa que esta não está acessível para visualização, ou foi desconectada, sendo necessário o seu restabelecimento.
5.1.2 O ArcMap
ArcMap (Figura 5.5) é um programa (software) muito utilizado para
manipulação/geração de mapas digitais. É um programa criado para mapeamento digital. No ArcMap é possível visualizar e também associar vários
tipos de informações não gráficas em conjunto com as informações gráficas,
seja vetorial (ex: shp ou CAD) ou raster (imagens).
177
Figura 5.4. Tela do ArcCatalog – Conexão com pastas.
O ArcMap permite ainda a criação de mapas resultantes de análises geográficas. O ArcMap pode muito bem ser utilizado para entender as
relações existentes nos vários tipos de informações que estão sendo integradas em ambiente digital (informação espacial geográfica), para a tomada
de decisões.
Por último, normalmente temos a apresentação dos resultados de
forma profissional utilizando-se de mapas, cartas, gráficos, tabelas, etc.
178
Figura 5.5. Tela de inicialização do ArcMap.
5.1.3 O ArcToolbox
O ArcToolbox
é um aplicativo simples
que contém muitas
ferramentas GIS usadas para geoprocessamento de dados.
Conforme a licença
adquirida, do pacote
de softwares da ESRI
(ARCINFO, VIEW ou
EDITOR), este aplicativo apresenta mais ou
menos
ferramentas,
sendo o ARCINFO a
versão mais completa,
com mais de 150 tipos
de ferramentas, dentre
elas a conversão de
dados, cruzamento de
planos de informações
(PI), sistemas de projeção, e muitas outras
(Figura 5.6).
Figura 5.6. ArcToolbox – acoplado no ArcMap.
179
5.2 Características do ArcGIS
Simplicidade na manipulação/uso: Ferramentas de mapeamento, análise e gerenciamento de dados, utilizadas em todos os níveis da
família ArcGIS e facilmente customizadas;
Extremamente funcional: incorpora poderosas ferramentas de edição, cartografia avançada, administração de dados aprimorada e análises
espaciais sofisticadas;
Escalonável: desenvolvido em estruturas modernas de componentes orientados a objetos, permitindo que os softwares que compõem a família ArcGIS, compartilhem os mesmos aplicativos, interfaces de usuário e
conceitos de operação;
Habilitado para a Internet: o ArcGIS pode ser utilizado para a obtenção de dados geográficos pela Internet ou Intranet;
Facilidade de customização: construído sob padrões abertos de
mercado, o ArcGIS é rico em funcionalidades, com extensa documentação e
completamente customizável com as linguagens padrões mais utilizadas
pelos profissionais de informática.
5.2.1 Conceitos Gerais
Tema ou Plano de Informação: é representado por um layer, normalmente representando algum elemento geográfico do mundo real. Exemplo: Eixo de ruas, bairros, nascentes, órgãos de interesse, departamentos,
etc. Quando temos a combinação de um conjunto de temas (linhas/polígonos/pontos/imagens) podemos chamar esse conjunto de “composição de mapas”.
Feature: Elementos de um Tema, normalmente apresentam-se na
forma de polígonos, linhas e pontos, ex:
⇒ Polígonos: Divisa de bairros, bacias hidrográficas, zonas
urbanas, mapa qualitativos (uso do solo), etc.
⇒ Linhas: Ruas, redes de água, rios, etc.
⇒ Pontos: Nascentes, postos de saúde, escolas e creches,
departamentos municipais, etc.
View ou Vista: Interface gráfica de ArcMap onde se pode visualizar os mapas ou conjunto de mapas.
Layout: Interface gráfica de ArcMap usada principalmente quando
se deseja plotar mapas finais.
180
Vetor: Localização exata de objetos geográficos na terra. Objetos
geográficos são representados como pontos, linhas ou polígonos. Normalmente tem-se a posição dos objetos geográficos na terra referenciada em
algum sistema de projeção cartográfica com coordenadas x, y.
Raster: Consiste de um conjunto de dados apresentados na forma
de imagens. São imagens digitais, normalmente representadas em quadrículas ou células quadradas, onde temos o menor elemento dessas imagens,
conhecidos como pixel (do inglês picture element). Cada célula, ou pixel é
referida no ambiente digital a um numero de linha e coluna, devendo ainda
apresentar um atributo geográfico e também correspondente a uma área da
superfície da terra.
Coverage: Modelo de dato geográfico, também conhecido como o
modelo de datos georrelacional, da ESRI introduzido em 1981 com o ArcInfo.
Shape: formato de datos geográficos do ArcView. Arquivos ‘shape’
podem representar objetos geográficos como linhas, pontos e áreas (polígonos).
Geodatabase: É a unidade primária, ou seja, corresponde ao nível
mais alto das classes de dados geográficos. É uma coleção de classe de
dados, classes geográficas, objetos geográficos e classes de relações.
a) Classes de dados: Conhecida como Geographic Datasets representam
três modelos de dados geográficos: vetor, raster e triangulação (TIN). No
Geodatabase pode existir classe geográfica (feature dataset), classes raster
(raster dataset) e também classe TIN (TIN dataset).
Classe geográfica: Conhecida como Feature dataset é representado por uma coleção de classes geométricas, pontos, linhas e polígonos,
que possuem o mesmo sistema de coordenadas.
⇒ Classe geométrica: Conhecida como Feature class é uma
coleção de objetos geográficos com o mesmo tipo de geometria, ponto, linha ou polígono
⇒ Objeto geográfico: conhecido como Feature é qualquer
elemento do mundo real representado no mapa.
Classe raster: Pode ser uma simples classe ou uma série de classes composta por mais de uma “banda”, contendo diferentes espectros e
valores.
181
Classe TIN: contém uma série de triângulos que cobrem uma área
contendo além das coordenadas “X” e “Y”, um valor de elevação/ou cota
(coordenada z) em cada nó que representa algum tipo de superfície.
b) Objeto classes: É uma tabela dentro de um Geodatabase. Os objetos
classes possuem informações descritivas dos objetos, porém sem apresentar nenhuma representação geométrica no mapa.
5.3 Trabalhando com o ArcCatalog
O ArcGIS pode trabalhar com diversos tipos de arquivos e também
integrar diversos tipos de dados em layers separados. As figuras abaixo
representam ícones (formatos) como eles aparecem no ArcGIS (Catalog/Map/Toolbox), onde tem-se (Figura 5.7):
Arquivos de Imagens (raster) ex: JPEG; TIF; GRID; BMP, etc)
Arquivo TIN
Arquivo shape (shapefile) de pontos;
Arquivo shape (shapefile) de linhas;
Arquivo shape (shapefile) de polígonos;
Árvore de Layer de pontos
Árvore de Layer de linhas
Árvore de Layer de polígonos
Árvore de Layer de imagens (raster)
Árvore de Layer de arquivos TIN
Arquivo em formato tabular (tabela *.DBF)
Arquivo Geodatabase
Arquivo CAD (*.DWG, *.DXF, *.DGN)
Arquivo cad de pontos
Arquivo cad de linhas
Arquivo cad de polígonos.
Figura 5.7. Ícones dos arquivos visualizados no ArcCatalog
182
As atividades que aqui serão desenvolvidas buscarão mostrar como procurar, gerenciar e visualizar os arquivos de forma rápida e fácil, antes
mesmo de iniciar o trabalho com o ArcMap.
O ArcCatalog permite que você procure o mapa que deseja visualizar, e plotar, consultar valores e informações na tabela, sistema de projeção
de arquivos, dentre outras utilizações.
5.3.1 Exercício 1 – Explorando o ArcCatalog
5.3.1.1 Iniciar ArcCatalog
Antes de iniciar as tarefas é necessário iniciar o aplicativo ArcCatalog, que pode ser iniciado seguindo os seguintes passos:
– Click no botão “Iniciar” do Windows;
– Selecione Programas;
– Selecione ArcGis;
– Click em ArcCatalog que abrirá uma janela de inicialização do aplicativo (Figura 5.8).
Figura 5.8. Inicialização do ArcCatalog.
Depois de inicializado, o ArcCatalog apresenta a forma da Figura
5.9.
Se observarmos no canto superior esquerdo, temos os menus em
cascata no formato do windows (File, Edit, View, Tools, etc...) (Figura 5.10).
183
Figura 5.9. Janela da árvore de arquivos visualizados no ArcCatalog.
Figura 5.10 Detalhe do ArcCatalog.
Abaixo dos menus temos alguns botões de acesso rápido às pastas, acima, formas de visualização dos arquivos (ícones grandes, pequeno,
listados, detalhes, figuras) (Figura 5.11).
Figura 5.11. Botões de visualização de conteúdos.
184
Temos ainda atalhos para ArcMap, ArcCatalog e ArcToolbox, além
da ajuda.
Ainda na Figura 5.10 temos do lado direito (como no Windows Explorer) o que chamamos de Catálogo em Árvore (Catalog Tree), mostrando
de forma rápida e simples todas as pastas do Disco Rígido (HD).
5.3.1.2 Visualizando Pastas No Arccatalog
Quando utilizamos o mouse para visualizar pastas no catálogo em
árvore “catalog tree”, ele mostra o conteúdo da pasta do lado direito, de
forma semelhante ao Windows Explorer, permitindo ainda a forma de visualização desses arquivos, conforme mostrado na figura anterior.
5.3.1.3 Olhando uma pasta qualquer no ArcCatalog:
Click na pasta desejada no Catalog Tree. Os itens que estão dentro
da pasta selecionada, serão mostrados no lado direito.
Clicando duas vezes na pasta selecionada ou no símbolo “+” abrirá
no catálogo em arvore as subpastas que estão dentro da pasta selecionada
(Figura 5.12).
Figura 5.12. Visualização de uma pasta no ArcCatalog.
185
5.3.1.4 Localizando a pasta tutorial e criando uma cópia
Antes de começar a explorar dados do tutorial deste exercício é
necessário selecionar a pasta onde os dados estão localizados. Essa tarefa
no ArcCatalog é bastante rápida e simples. Primeiramente vamos localizar a
pasta.
1) Clique na caixa de localização (location) e digite “
C:\Arcgis\ArcTutor” ou então vá no Catálogo e selecione a pasta e vá até o
local indicado (Figura 5.13).
Figura 5.13. Caixa de localização.
2) Para Criar uma cópia da pasta vamos inicialmente criar uma
pasta no disco rígido. Ex: “C:\Curso_Extensao\Met_Informacionais\Arc_Gis”.
Para isto vá ao catálogo e selecione o local “C:\” e então você pode criar
uma pasta selecionando o menu “File / New / Folder” (Figura 5.14).
Figura 5.14. Criando uma nova pasta no ArcCatalog.
Logo após clicar em “New Folder” aparecerá a nova pasta criada
com nome “newfolder” que deve ser renomeado simplesmente editando o
texto, conforme pode ser visto na Figura 5.15.
186
Figura 5.15 Renomeando a nova pasta no ArcCatalog.
Para copiar o conteúdo da pasta “____________” para a pasta criada, selecione o local “C:\Curso_Extensao\Met_Informacionais\Arc_Gis” no
comando “location”e logo após selecione o botão “copy” na barra de ferramentas, como mostra a Figura 5.16.
Figura 5.16. Botões de atalho na barra de ferramentas.
Para completar a operação vá à nova pasta criada para o exercício
e cole os arquivos copiados anteriormente, utilizando o botão “paste” na
barra de ferramentas.
5.3.1.5 Visualizando dados no ArcCatalog
Como já criamos anteriormente uma pasta, para exercitar utilizaremos os arquivos contidos nela para visualização. Para tal tarefa vá ao
local onde foi criada a pasta e selecione a pasta “ArcGIS” (Figura 5.17).
187
Figura 5.17. Formas de visualização para thumbmails no ArcCatalog.
A Figura acima mostra no detalhe em vermelho uma das quatro
formas de apresentação do conteúdo das pastas na parte da direita.
As formas de apresentação dos arquivos podem ser: ícones grandes/listados/detalhes/miniatura (list/large icon/details/thumbnails). Na parte
sinalizada em azul temos outras formas de apresentação dos dados (Contents/Preview/Metadata).
5.3.1.6 Trabalhando com a ferramenta de visualização “Preview”
Esta é a ferramenta do ArcCatalog que permite ao usuário visualizar os arquivos em pré-visualização. A interface de visualização e ferramentas são as mesmas utilizadas no ArcMap. Essa ferramenta permite ainda
trabalhar com dados no formato de tabelas, ou seja, permite o trabalho
diretamente na tabela de atributos dos arquivos.
Se os dados são, por exemplo, arquivos *.shp, é possível selecionar em Preview se você deseja trabalhar na Tabela de atributos ou em
ambiente gráfico (visualização espacial) (Figura 5.18).
As ferramentas para navegação, aproximação (zoom) e identificação de dados, são mostradas na Figura 5.19.
188
Figura 5.18. Opções de visualização.
Figura 5.19. Menu de ferramentas “Standard”.
5.3.1.7 Explorando o conteúdo da tabela
Se o arquivo que está sendo utilizado é um “shp” ou simplesmente
uma tabela, é possível também, utilizando o ArcCatalog, trabalhar com os
dados na tabela de atributos. Para abrir a tabela de atributos desses tipos
de arquivos basta:
Escolha um arquivo no “catalog tree” e selecione o modo de exibição “Preview”. Abaixo, onde temos a opção preview (Geográfico/Tabela),
selecione tabela (Figura 5.20).
Com esta opção é possível localizar elementos na tabela de atributos, adicionar novos campos, exportar dados. Para tal tarefa basta ir ao
botão “options”, conforme indicado na (Figura 5.21).
Selecione C:\Curso_Extensao\Met_Informacionais\Arc_Gis\Shape”,
no catálogo em árvore, e selecione o arquivo de polígonos “hidrografia_poligonos_lambert.shp”.
Figura 5.20. Visualização Preview/tabela.
189
Figura 5.21. Options/Find.
Clique com o botão direito do mouse em cima do campo “Tipo” e
aparecerá uma nova caixa de diálogo com opções para mostrar os dados
em ordem crescente, decrescente, apresentar resultados estatísticos, congelar/descongelar e até mesmo “excluir” (deletar) um campo inteiro. Veja
Figura 5.22.
Figura 5.22. Removendo um campo da tabela.
5.4 Trabalhando com o ArcMAP
5.4.1 Visualizando Informações
Algumas vezes trabalhamos com mapas com objetivos simples e
direto de interpretar as informações gráficas e geográficas. Mas mapas não
são apenas simples representações de onde estão localizados geograficamente certos objetos de estudo, mas também informações específicas sobre cada um desses objetos analisados. A Figura 5.23 mostra, por exemplo,
o mapa dos Estados Unidos com informações sobre a densidade populacional, facilitando a identificação das regiões metropolitanas.
190
Figura 5.23. Mapa de densidade populacional.
5.4.2 Trabalhando Geograficamente
Trabalhar com ArcMap em “ambiente digital”, não é o mesmo que
trabalhar em mapas plotados, cartas. etc. Você pode pré-visualizar um mapa e, quando necessitar analisar com maior detalhe uma área em particular,
você pode ampliar a forma de visualização (através de “zoom”), Figura 5.24.
Figura 5.24. Mapa Temático.
191
5.4.3 Mostrando Relações
Trabalhar com o ArcView permite a você mostrar relações entre
planos de informações abrindo tabelas, criando gráficos e adicionando esses elementos no mapa (Figura 5.25).
Figura 5.25. Mapa com diferentes layers e edição de layout.
5.4.4 Solucionando Problemas
Ao trabalhar com o ArcMap e visualizar informações sobre regiões
de estudo, você pode estabelecer critérios para cada área, como por exemplo, proximidade, nome, medidas, e outras informações, que são importantes na tomada de decisões (Figura 5.26).
5.4.5 Criando e Atualizando dados
Você pode adicionar informações ao mapa de trabalho, trabalhando com a tabela de atributos. Para essas tarefas o ArcMap possui ferramentas avançadas de edição que ajudam a criação de novos dados e atualização dos dados existentes.
5.4.6 Apresentando os Resultados
Você pode criar mapas a serem apresentados como resultados em
alta qualidade e também em diferentes formatos. Os mapas podem ser
192
apresentados em relatórios, para publicação na WEB, exportado para formatos mais utilizados, ou impressos em (A4, A0, A1, etc...)
Figura 5.26. Mapas de florestas com buffer.
Os exercícios a serem desenvolvidos durante o curso são exercícios onde você aprenderá a utilizar o ArcMap para obter informações a partir
de dados georreferenciados obtidos na internet e também algumas tarefas
para geração de seu próprios mapas utilizando diferentes bases cartográficas.
Será possível ainda compreender o formato dos arquivos, desenvolvendo atividades de manipulação dos dados em formato de tabelas, ou
seja, manipular informações espaciais através da tabela de atributos dos
arquivos, podendo inserir ou suprimir informações nessas tabelas (ou mapas). Será possível também criar leiaute para impressão de qualquer região
de interesse, podendo ainda adicionar legendas, escalas, grids, textos adicionais e outros elementos.
5.4.7 Iniciando o ArcMAP
Para iniciar o ArcMAP clicar em Iniciar/ Programas /ArcGIS / ArcMap como mostra a Figura 5.27.
193
Figura 5.27. Abrindo o ArcMap.
Após carregar todo programa, a tela inicial apresenta algumas opções para iniciar, seja um projeto já existente ou mesmo um novo mapa
(Figura 5.28).
Um novo mapa vazio
Um mapa já existente
Layouts prontos
para serem utilizados em mapas
bases de várias
regiões geográficas
Figura 5.28. Abrindo um arquivo no ArcMap.
Como foi visto anteriormente, o ArcMap é um aplicativo onde se faz
a inserção e manipulação de dados. As ferramentas mais usadas estão
dispostas como ícones e carregam na abertura do programa (Figura 5.29).
194
Ferramentas padrão
do windows.
Ferramentas do
Arc View
Arc Tool box
Ferramentas de
Visualização
Adicionar
dados
Arc Catalog
Arc Editor
5.29. Ferramentas de visualização mais utilizadas no ArcMAP.
5.4.7.1 Modos Básicos de Visualização
O ArcMAP permite duas formas básicas de visualização dos dados.
Àquela em que visualizo os layers dispostos na área de trabalho na forma
de DataView (Figura 5.30) e a visualização layout (Figura 5.31).
Figura 5.30. Modo de visualização DataView.
195
Figura 5.31. Modo de visualização layout.
A tela em modo de visualização layout é usada principalmente para
a plotagem e edição de mapas e a tela no modo dataview para melhor visualização durante a manipulação dos dados geográficos.
5.4.7.2 Exercício 2 - Trabalhando com Formato Raster
Para inserir uma imagem raster (Carta Topográfica de Santa Maria), retificada e georreferenciada, siga os seguintes passos:
– Clique no ícone
;
– Abre-se a janela Add Data (Figura 5.32);
– Abra a pasta Arc_Gis;
– Selecione a imagem (SantaMaria5011) / clique em Add;
– A Imagem será inserida georreferenciada. Arraste o mouse sobre
a figura e observe os valores em coordenadas UTM, idênticos aos valores
da carta;
– No quadro de layers selecione (SantaMaria5011), clique com o
botão direito do mouse;
– Abre-se a janela (layer properties), observe o sistema de referência espacial que acompanha o arquivo da imagem (Figura 5.33).
196
Figura 5.32. Janela de adição de dados.
Figura 5.33. Acessando a referência espacial.
5.4.8 Cartas Topográficas
As Cartas Topográficas são representações dos aspectos naturais
e artificiais da Terra, destinadas a fins práticos da atividade humana, permitindo a avaliação precisa de distâncias, direções e a localização geográfica
de pontos, áreas e detalhes (BAKKER, 1965). Geralmente estão em média
e grande escala e encontram-se subdivididas em folhas, de forma sistemática obedecendo a um plano nacional ou internacional (DUARTE,1994).
Elaboradas nas décadas de 60 e 70, ainda são em termos de base
geográfica uma referência, no que se refere a confiabilidade de dados e
orientação no terreno. Embora o Estado do Rio Grande do Sul ainda não
197
tenha uma política de atualização, na grande maioria dos projetos os dados
obtidos nas cartas ainda são muito utilizados. Portanto é ainda recomendável que ao se iniciar um projeto temático, mesmo com o advento de imagens
de alta resolução, se mantenha uma imagem da carta da área sobrepondose as outras imagens. Esse procedimento garantirá que os produtos adquiridos ou os dados obtidos por outros meios estejam, ao menos, compatíveis
com a precisão da carta, evitando-se assim chegar a um final do projeto e
verificar que parte ou todo o trabalho está comprometido.
5.4.9 Sistema de Referência
É um conjunto de informações que fazem parte de um sistema que
contém: um determinado elipsóide de revolução (figura matemática calculada que se aproxima da forma da terra com parâmetros de achatamento e
raio conhecidos); um meridiano principal que ao cruzar com o equador determina a origem das coordenadas; um ponto referenciado por seus valores
de latitude e longitude e o azimute desse ponto (datum).
5.4.9.1 Exercício 3 – Inserindo Imagens sem Referência
Para inserir imagens ou arquivos vetoriais criados no ArcCatalog
ou em outros softwares, em formatos reconhecidos pelo ArcView: usamos o
botão Add Data.
Na janela Add Data
, clicar na pasta Arc_Gis onde aparecerão
outras sub-pastas e um ícone característico de imagem raster (Arquivos de
imagens raster ex: JPEG; TIF; GRID; BMP, etc., ícone tipo
).
Após pressionar o botão “Add Data” procure a imagem com o nome
Camobi_50. Após selecionar a imagem, pressione o botão Add. Como foi
demonstrado na Figura 5.32.
5.4.10 Criando Pirâmides em Arquivos Raster no ArcMAP
Por padrão, do programa ArcMAP, quando se dá, o preview na imagem digital no ArcCatalog ou quando se adiciona uma imagem em um
mapa, e, esta imagem for maior que 1024x1024 pixels, o programa perguntará se deseja criar pirâmide (Figura 5.34). Em softwares que mantém a
mesma resolução original de cada célula, dependendo da resolução em que
198
foram digitalizadas, podem exigir maior tempo para visualização quando se
dá o zoom, uma vez que ocupam maior espaço no disco.
Quando se cria pirâmides visualiza-se primeiramente a imagem em
baixa resolução e a medida que você dá zoom acessa áreas sucessivamente menores e obtém-se níveis de resolução maiores, mantendo o mesmo
tipo de visualização. Ao mesmo tempo no arquivo da imagem digital, um
arquivo de resolução reduzida da série de dados é criado RRD- Reduced
Resolution Datasets. Para um raster não comprimido o tamanho desse
arquivo é de aproximadamente 8% da série de dados original. Em determinadas situações, entretanto, um arquivo RRD pode ser maior do que o arquivo original, dependendo da técnica de compressão utilizada. Normalmente este arquivo está armazenado dentro do arquivo da imagem se o formato
permitir, ou pode-se criar arquivos auxiliares ao lado da imagem.
Figura 5.34. Janela de construção da pirâmide.
Pressione o botão YES e o programa criará a composição de três
bandas para a imagem inserida. Porém, antes de aparecer a imagem a
mensagem da Figura 5.35 aparecerá.
Figura 5.35. Mensagem de alerta.
Abre-se a janela informando que não encontrou informações sobre
a referência espacial da imagem, portanto os dados não podem ser projetados. Para solucionar isso o Arc Map utiliza o sistema de coordenadas da
primeira série de dados (primeiro layer adicionado) e transforma todos os
outros dados para este sistema de coordenadas. Para que o Arc Map reconheça o sistema de coordenadas, ele deve ser definido como um arquivo
199
I
s
.PRJ (criado no Arc Catalog ou importado do conjunto já existente no programa).
5.4.11 Definindo o Sistema de Referência no Arc Catalog.
Vamos atribuir a imagem Camobi_50 a referência espacial e adicionar essa referência na imagem SantaMaria5011.
– Abra o ArcCatalog;
– Selecione o arquivo da imagem (Camobi_50.jpg). Clique na imagem com o botão do mouse direito (Figura 5.36);
Figura 5.36. Acessando Propriedades da Imagem no ArcCatalog.
– Selecionar Propriedades;
– Abrirá a janela Raster Dataset Properties, mova a barra de rolagem até Spatial Reference / Clique Edit;
– Abrirá a janela Propriedades de Spatial Reference com as seguintes opções:
Select: Seleciona um sistema de coordenadas pré-definido
Import: seleciona um sistema de coordenadas à partir de uma imagem ou arquivo antes definidos.
New, modify: Cria um novo SR e modifica um pré-existente à partir
de parâmetros fornecidos pelo usuário.
– No quadro Propriedades de Spatial Reference, selecione a opção
Select (Figura 5.37);
– A janela Browse for Dataset será aberta;
200
Figura 5.37. Janela de propriedades da referência espacial.
– Abra a pasta Projected Coordinate Systems, selecione (UTM
ÆSouth America Æ SAD69 Æ 22S) e clique em Add (Figura 5.38);
– Clique em Aplicar e OK para fechar a janela.
Figura 5.38. Janela de Aplicação da referência espacial importada.
Como podemos observar agora a imagem possui uma referência
espacial. Vamos novamente inserir a imagem, observe que a mensagem
anterior não reaparece (Figura 5.39).
201
Figura 5.39. A imagem agora com referência espacial.
5.4.12 Georreferenciamento
Se sua imagem raster não contiver nenhum sistema de coordenadas associado a ela (Coordenadas Geodésicas ou Planas Retangulares UTM), você pode georreferenciar no ArcMap. O processo de georreferenciamento de uma imagem, definirá como os dados estão situados através de
coordenadas, associando esses dados a uma posição específica na superfície terrestre. O ArcMAP necessita de no mínimo três pontos de controle
para a transformação de primeira ordem (polinômio), de seis para a de segunda ordem e 10 para a de terceira ordem. Se os coeficientes a, e b, dos
polinômios são conhecidos, então os polinômios de mapeamento podem ser
usados para relacionar qualquer ponto no mapa, com seu correspondente
na imagem. No entanto, estes coeficientes são desconhecidos, e seus valores podem ser estimados através da identificação de conjuntos de feições
sobre o mapa, as quais devem também ser identificáveis na imagem. Estas
feições, chamadas de pontos de controle no terreno devem ser bem definidas, espacialmente pequenas, podendo constituir-se de intersecções de
estradas, intersecções de pistas de aeroportos, curvas de rios, feições proeminentes na linha de costa, etc. Como procedimentos, são escolhidas
várias destas feições (em pares sobre o mapa e a imagem), de modo que
os coeficientes do polinômio possam ser estimados pela substituição dos
valores dos coeficientes do polinômio de mapeamento, para produzir o
conjunto de equações. Através das equações definidas anteriormente, pode-se verificar que o número mínimo de pontos de controle requeridos para
mapeamentos polinomiais de segunda ordem é seis, da mesma maneira
202
que para polinômios de terceira ordem é dez. Na prática, escolhe-se um
número muito maior de pontos de controle, os quais são avaliados usando a
estimativa dos mínimos quadrados. Os pontos de controle devem ser selecionados em um número de pares que seja significativo, e eles devem estar
bem distribuídos na cena, de modo a assegurar a geração de polinômios de
mapeamento bastante acurados, quando da retificação de uma imagem.
Entretanto, deve-se ter cuidado na escolha desses pontos e ter em mente
que eles devem estar distribuídos na periferia da imagem a ser corrigida,
bem como deve haver um espalhamento de pontos também no centro da
imagem.
A aplicação de uma transformação de primeira ordem mantém invariante o paralelismo entre as respectivas linhas da figura, mas altera a
forma, pois introduzem duas escalas, essa transformação atende a maioria
do georreferenciamento para análises temáticas. Quanto mais elevada a
ordem de transformação, mais complexa será a correção. Esses modificam
a geometria da imagem de uma maneira não linear, independente das duas
direções. Aqui, nem a colinearidade é mantida, isto é, a geometria fica indefinida pelo conjunto de pontos dos vértices de uma imagem. A distância
entre dois pontos de ligação é o erro residual. O erro total é a soma do quadrado da média de todos os erros residuais. Resampling é o mesmo que
reamostragem e é utilizado para retificação de imagem. É o processo que
determina o valor do pixel na imagem retificada. O resampling no ArcMAP
utiliza três técnicas de interpolação: vizinho mais próximo (técnica mais
rápida e é apropriado para dados temáticos), atribui o valor da célula mais
próxima para a célula que será transformada; bilinear e convolução cúbica
(para superfícies com elevação, inclinação e fotos aéreas, adequado para
imagens que necessitam ser dobradas ou curvadas). A interpolação bilinear
combina o valor das quatro células mais próxima para atribuir um valor a
célula transformada. Interpolação pelo método da convolução cúbica combina com as dezesseis células mais próximas. Essas duas técnicas são de
intensa ou pesada computação e podem exigir mais tempo de processamento do computador. O resampling é parte do processo de georreferenciamento no ArcMap, mas também pode ser parte de uma operação de geoprocessamento para alterar o valor dos pixels no ArcToolBox .
Usa-se também a retificação quando se deseja exportar a imagem
corrigida e georreferenciada para um outro software qualquer .
Os formatos mais comuns para exportação são: .TIF e .IMG
203
Você pode também adicionar os dados através do ArcCatalog na
tabela de conteúdos do ArcMap diretamente.
Clique simplesmente sobre o nome do arquivo na árvore dos dados
no ArcCatalog e arraste-o em qualquer lugar dentro da tabela de conteúdos
do ArcMap.
Os arquivos adicionados podem ainda ter sua sequência alterada.
Se você não conseguir visualizar a informação de um dos layers da
tabela de conteúdos, você pode alterar a seqüência de adição dos dados
diretamente pela tabela de conteúdos no ArcMap, para isso clique com o
botão esquerdo do mouse sobre o nome do layer (arquivo) e arraste para a
nova posição na tabela de conteúdos.
No exemplo usamos um arquivo raster e um shape. Note que a seqüência dos dados na tabela de conteúdos foi alterada permitindo a visualização do arquivo vetorial sobre a imagem do campus.
5.4.12.1 Exercício 4 – Georreferenciando no ArcMap
Pontos de Controle ou Control Points: Para georreferenciar no
ArcMAP necessito de no mínimo três pontos de controle. Utiliza-se da barra
de ferramentas Georeferencing (Figura 5.40). Se essa não estiver ativa
busque em: View Toollbox Æ georreferencing.
Figura 5.40. Ferramenta Georeferencing.
Observe os valores das coordenadas antes do georreferenciamento. Dê um zoom sobre os pontos marcados na carta, vamos atribuir a esses
pontos os valores das coordenadas conhecidas.
P1 - Canto Superior Esquerdo: ________________________;
P2 - Canto Inferior Direito:
________________________;
P3 - Canto Superior Direito:
________________________;
P4 - Canto Inferior Esquerdo:
________________________;
As coordenadas também poderiam ser obtidas no terreno com receptor GPS de navegação.
Pressione o botão Add Control Points identificado na figura abaixo: A ferramenta está habilitada, dê sucessivos zooms sobre a imagem até
204
encontrar o ponto exato, depois clique com o botão esquerdo do mouse
sobre ele em seguida com o botão direito.
Na janela de edição substitua os valores pelos indicados no quadro
e dê OK (Figura 5.41).
Figura 5.41. Adicionando pontos de controle e coordenadas.
Após apertar o OK, a imagem desaparecerá da tela, pressionando
o zoom geral ou o botão full extent a imagem reaparece. Você notará que
no canto inferior direito os valores da barra de rolagem foram modificados
após a inserção do primeiro ponto.
Antes de inserir valores de P1:
Após inserir valores de P1:
Repita este procedimento para o P2, P3 e P4. Você pode conferir
os valores dos pontos atribuídos e o erro residual em (Figura 5.42): georreferencing/ view link table.
Carrega um
arquivo de
georreferenciamento já
existente
Por padrão o programa executa a transformação em polinômio de 1° ordem
Figura 5.42. Tabela dos pontos de controle.
205
Se os pontos estiverem corretamente digitados, e o erro admissível, vá na barra de ferramentas Georeferencing e pressione a opção rectify.
Abre-se a janela da Figura 5.43.
Figura 5.43. Retificando a Imagem.
A imagem agora está georreferenciada e foi salva na pasta
C:\Curso_Extensao\Met_Informacionais\Arc_Gis.
Para sobrepor um layer qualquer da tabela de conteúdos deve-se
alterar a sequência de visualização, para isso clique com o botão esquerdo
do mouse sobre o nome do layer (arquivo) selecionando-o e arraste para a
nova posição na tabela de conteúdos.
5.4.13 Sistema de Coordenadas Geográfico (GCS)
Usa uma superfície esférica tridimensional para definir posições na
Terra. Usa um sistema de referência espacial e valores de latitude e longitude em graus decimais ou graus minutos e segundos. Embora a latitude e
longitude possam encontrar a posição exata no globo, não é o grau uma
unidade de medida uniforme em todo o globo, sendo esse sistema inadequado para medidas de áreas e distâncias.
206
5.4.14 Sistema de Coordenadas Projetado (PRJ)
Utiliza um sistema de coordenadas geográfico como referência e
uma projeção cartográfica, que projeta o elipsóide no plano. Embora esse
sistema se utilize de superfícies de apoio (cilindro cone, ...) provoca determinadas distorções (em áreas, distâncias e ângulos), dependendo do tipo
de representação que se queira, deve-se escolher qual sistema de projeção
pode ser mais adequado para a elaboração de um mapa.
5.4.15 Cartografia Digital
Com o desenvolvimento da cartografia digital já é possível visualizar e trabalhar no computador com mais de uma fonte de dados. Hoje é
possível sobrepor uma imagem com outra, dar zoom, recortar, traçar vetores, entrar diretamente com dados coletados através de GPS, e obter dados
através de links da Internet. Vivemos enfim uma revolução digital que transformou muito as técnicas de elaboração de mapas.
No meio digital é possível a visualização de dados em diferentes
escalas, contribuindo assim com enorme gama de opções e aumentando os
recursos para a elaboração de análise geográfica. Contudo é importante
salientar que essa facilidade de trabalhar com imagens e dados digitais no
computador, não modifica a origem e a escala em que o dado foi obtido. Por
exemplo: na elaboração de um mapa temático você geralmente usa dados
coletados com GPS de navegação, que a precisão dos dias atuais 5 a 15m
nos remete as escalas de 1:25.000 à 1:50.000 aproximadamente; as cartas
topográfica estão disponíveis em nosso estado na escala 1:50.000; uma
fotografia aérea geralmente está na escala de 1:20.000 ou 1:40.000; imagens de satélite de alta resolução correspondem a uma escala entre 1:1.000
e 1:2.000. Geralmente em uma análise geográfica que resulte em um mapa
temático é possível trabalhar com essas fontes de dados, ressaltando que a
origem dos dados será sempre a fonte original. Para trabalhos que exigem
maior precisão, as fontes de dados, o georreferenciamento, e a retificação
vistos até aqui, não são suficientes; métodos mais complexos de correções
de imagens (ortorretificação) e GPS de precisão (topográficos e geodésicos)
e equipamentos como teodolitos e estação total devem ser utilizados. È
importante que o leitor do mapa tenha em local visível as referências sobre
as origens dos dados tal como data, escala e fonte.
207
5.4.16 Arquivos Vetoriais
Vetores são definidos matematicamente como um conjunto formado por pontos e linhas, cada um constituído de características diferentes
como cor, formato, tamanho, posição, área entre outros aspectos.
A vantagem de se trabalhar com arquivos vetoriais em relação aos
arquivos rasters, é que no arquivo vetorial você pode: editar, mover e alterar
esses vetores de maneira simples facilitando a criação e manipulação do
leiaute, enquanto que no raster, essa manipulação requer mais memória e
espaço em disco além de conhecimentos específicos para tratamento e
interpretação de imagens.
5.4.16.1 Exercício 5 – criando novos arquivos .SHP
Utilizando o ArcCatalog pode-se ainda fazer uma série de tarefas,
como por exemplo: criar Layers, Metadados, novos arquivos *.shp, grupo de
layers, tabelas, etc...
Abra
o
ArcCatalog
e
crie
uma
nova
pasta
(C:\Curso_Extensao\Met_Informacionais\Arc_Gis\Projeto_Aluno1) e de o
seu nome ao projeto. Salve os arquivos vetoriais que você criar nesta nova
pasta.
A mesma rotina deve ser utilizada para criar novos arquivos “shapefile”. Abre-se a janela “create/new/shapefile” e no campo “Name” e “Feature Type” crie os arquivos constantes da Tabela 1 (Figura 5.44).
Figura 5.44. Criando arquivos shapefile.
208
Tabela 1 – Novos arquivos shapefile.
Nome do arquivo
CAMOBI_501.TIF
característica
Ponto
polyline
Polyline
Polyline
Polygon
Polygon
Polygon
Polygon
Raster
Raster
5.4.17 Organizando a Pasta Projeto_Aluno para o Mapa Final
O produto final deste curso será um mapa temático com a extensão
(.MXD) do ArcMap. Todos os arquivos utilizados para elaboração do mapa
final devem estar organizados na pasta projeto_Aluno do ArcCatalog. Ao
entrar com dados externos oriundos de mídia removível, verifique se a opção somente leitura está desmarcada (com o Windows Explore, utilize o
botão do mouse direito), utilize o ArcCatalog para inserção dos dados na
pasta antes de inserir no ArcMap. Todos os arquivos a serem acrescentados a tabela de conteúdos do projeto devem estar localizados nesta nova
pasta, principalmente os dados de bases externas utilizados.
Em seguida clique na opção EDIT para importar os dados de referência espacial da imagem rectify campus do vale.tif – como vimos inicialmente na inserção de arquivos raster.
Adicione ao projeto_aluno criado (.mxd) os novos arquivos shape
(.shp).
Agora selecione na barra de ferramentas EDITOR a opção Start
Editing conforme a figura abaixo e as ferramentas de vetorização serão
habilitadas (Figura 5.45).
209
Selecione a ferramenta
lápis clicando com o mouse sobre o ícone.
Figura 5.45. Ferramentas de vetorização.
Quando você vetoriza um shape, observe que quando pressionar o
start editing, habilita a opção target nela você deverá selecionar o tipo de
feição que você vai vetorizar: Polígonos, Linhas ou Pontos.
Clique sobre o ponto inicial a ser vetorizado na imagem, note que é
habilitado o cursor em forma de quadrado. Clique com o mouse esquerdo
para iniciar a vetorização e arraste o mouse sobre o segmento da estrada a
ser vetorizada conforme o exemplo abaixo e assim sucessivamente até o
final do trajeto quando você deverá clicar com o mouse direito e selecionar a
opção finish sketch. O traçado adquire a cor azul em destaque na Figura
5.46.
Figura 5.46. Concluindo a vetorização.
210
Feito isto, clique no Editor na barra de ferramentas, selecione a opção save edit e stop edit.
Repita o mesmo procedimento também para as linhas e polígonos
dos arquivos criados no ArcCatalog na sua pasta.
5.4.18 Exercícios
5.4.18.1 Exercício 6 – Edição Vetorial
O Display (tabela de conteúdos do projeto/ao lado esquerdo da tela) mostra os layers inseridos, e como os mesmos estão editados, esta
configuração é padrão do programa.
Você notará no display (tabela de conteúdos) símbolos abaixo do
nome dos arquivos identificando de imediato o estilo do layer: ponto, linha,
polígono, imagem.....
Para editar o vetor com cor, tamanho e símbolos diferentes do padrão do programa temos que selecionar o arquivo pelo nome no display e
com o botão direito clicar em propriedades (Figura 5.47).
Figura 5.47. Visualizando a janela ‘layer properties’.
211
Selecione a opção symbology para editar a cor do polígono, a largura do contorno do mesmo e o tamanho da letra. Nesta janela você tem a
opção também de editar o nome que você quer que conste na legenda bem
como, a descrição do layer.
Se você clicar com o botão esquerdo no símbolo do layer aparecerá imediatamente a janela de edição do mesmo como na Figura 5.48.
Figura 5.48. Edição Fonte e símbolos.
Isto permite que você selecione diferentes formatos para exibição
do layer no mapa, inclusive com categorias padronizadas internacionalmente (convenções) que são encontradas na opção More symbols.
Você poderá definir sua própria paleta de cores na opção color selector (Figura 5.49).
Figura 5.49. Definindo as cores.
No exemplo temos uma barragem editada com diferentes cores,
dimensões de bordas e hachuras em categorias distintas (Figura 5.50).
212
Figura 5.50. Editando a barragem.
As múltiplas opções de símbolos possibilitam a aplicação em diferentes áreas (Figura 5.51).
Figura 5.51. Escolha de símbolos por categoria.
Além da vetorização na tela você também pode inserir arquivos vetoriais nos formatos reconhecidos pelo ArcView (.dxf, .shp) e editá-los.
Também com o auxílio de um programa de transferência você pode inserir
dados coletados em campo com o GPS.
Você pode abrir arquivos em diferentes formatos com a opção add
data. Um dos programas que permite a transferência de dados do GPS para
o computador é o Campeiro e o TrackMaker. Com estes softwares também
é possível salvar nos formatos .shp que é o formato proprietário do ArcView
ou em .dxf que é o formato proprietário de transferência do AutoCad para
dados vetoriais.
213
5.4.18.2 Exercício 7 - Trabalhando com elementos do mapa
Neste exercício, você irá inserir elementos adicionais ao mapa para
completar seu leiaute e imprimir o mapa temático.
– No menu View, clique sobre a opção Layout View (Figura 5.52).
Figura 5.52. Acessando as propriedades do quadro de dados (frame) do
Mapa.
– Clique com o botão direito do mouse sobre a moldura e posteriormente sobre a opção Properties.
– Clique na guia Frame. Clique no dropdown Background e selecione o fundo Sand. Clique sobre o botão OK (Figura 5.53).
– No menu Insert, clique sobre a opção Title (Figura 5.54).
– Digite “Curso Metodologias_Informacionais_ArcGis – Mapa
final” na caixa de texto e pressione Enter.
– Clique no dropdow da opção Text Size da barra de ferramentas
Draw e selecione o valor 36 (Figura 5.55).
214
Figura 5.53. Inserindo uma cor de fundo.
Figura 5.55. Determinando o tamanho da fonte.
Figura 5.54. Janela de inserção de
texto.
– Clique sobre a caixa de texto e arraste o título para a parte superior do lay-out.
– No menu Insert, clique sobre a opção Legend (Figura 5.56). O
construtor de legenda irá aparecer.
– Clique sobre o botão Next várias vezes aceitando os parâmetros
padrões de legenda. Clique sobre o botão Finish para fechar o construtor
de legenda.
215
Figura 5.56.Inserindo a legenda.
– Arraste a legenda elaborada para o canto inferior esquerdo do layout. Diminua um pouco o tamanho da legenda clicando em uma das alças
diagonais e arrastando-a para o centro.
– No menu Insert, clique sobre a opção Scale Bar (Figura 5.57).
Figura 5.57. Inserindo a Escala.
– Clique em Scale Line 1 e clique em OK. Arraste a barra de escala para baixo da legenda (Figura 5.58).
Figura 5.58. Escolhendo a barra de escala.
216
– Agora, adicione uma seta norte para o mapa. No menu Insert,
clique sobre a seta de norte, arraste-a para a parte superior direita da página de layout, aumentando seu tamanho em diagonal (Figura 5.59).
Figura 5.59. Escolhendo um símbolo de Norte.
– Agora, vamos adicionar o GRID ao projeto. Clique com o botão
esquerdo no data frame, em seguida com o botão direito selecione a opção
propriedades.
– Selecione na janela Grids/New Grid, a Figura 5.60 representa as
três opções de grades para inserção.
Figura 5.60. Opções de grids.
217
Selecione a projeção que você vai utilizar no seu projeto e clique
avançar/concluir/aplicar (Figura 5.61).
Figura 5.61. Opções de aparência do grid.
– Após selecionar o Grid para o seu projeto o usuário poderá definir
a formatação conforme o espaço disponível no seu leiaute.
5.4.18.3 Exercício 8 – Opções avançadas para edição e visualização de dados no ArcMap
– Na tabela de conteúdos, clique com o botão direito do mouse sobre a layer tracts e posteriormente clique sobre a opção Open Attribute
Table para visualizar esta tabela (Figura 5.62).
Acrescentando um novo campo a uma tabela de atributo:
Para você acrescentar um novo campo à tabela de atributo do arquivo trilhascopy:
– Clique sobre o botão Options abaixo da tabela Attributes trilhas
copy e posteriormente sobre a opção Add Field (Figura 5.63).
218
Figura 5.62. Abrindo tabela de dados .
Figura 5.63. Adicionando campo na tabela de atributos.
Se alguma mensagem aparecer indicando que esta tabela está
sendo usada por outro aplicativo, tenha certeza de que você fechou anteriormente o ArcCatalog.
– Na caixa de diálogo que aparece, digite predios para opção Name.
– No dropdow da opção Type selecione a opção text.
– Clique sobre o botão OK.
Neste momento, você pode visualizar o novo campo da tabela de
atributos e adicionar dados (nome dos prédios) através do menu editor.
219
Manipulação de Tabelas:
Os arquivos gerados e manipulados no ARCGIS tem como parte
integrante de sua constituição uma tabela (.dbf) onde estão armazenadas
todas as informações referentes ao arquivo quer sejam nativa ou inserida de
alguma forma.
Para visualizar a tabela de um arquivo devemos selecionar o layer
e clicar com o botão da direta abrindo uma janela com o comando open
attibute table (Figura 5.64).
Figura 5.64. Visualizando dados da tabela.
Para excluirmos uma coluna na tabela é necessário selecionar a
coluna a ser excluída e clicar com o botão direito do mouse, abrirá uma
janela com varia informações selecione deletar campo (delet field) (Figura
5.65).
Para adicionar uma coluna basta abrir a tabela e clicar sobre a opção options no final da tabela que abrira uma janela com a opção para
adicionar campo (add field) (Figura 5.66).
220
Figura 5.65. Excluindo colunas e linhas da tabela.
Figura 5.66. Adicionando campos na tabela.
Podemos alterar as informações na tabela campo a campo a partir
desta estar em modulo de edição. Para editar uma tabela é necessário
utilizar a barra de ferramenta EDITOR (Figura 5.67).
221
Ao clicar no início
da edição (start
editing) esta função vai permitir a
modificação dos
campos da tabela.
Figura 5.67. Editando campos na tabela.
Depois de estar em modulo de edição o campo pode ser alterado
clicando no campo que se deseja editar.
Após efetuar as mudanças é necessário salvar a edição (save) e
depois finalizar a edição (stop) (Figura 5.68).
Figura 5.68. Finalizando edição da tabela.
As manipulações da lista anterior são permitidas na tabela que está
associada ao arquivo. Mas, se o usuário tiver uma informação em outra
tabela (cvs, txt, xls ou dbf) independente, sem vinculo com o arquivo, é
possível associá-la ao vetor através da junção de tabelas.
222
Para que se possa unir as tabelas é necessário que as duas tenham um campo idêntico, ou seja, um campo chamado chave que possa
servir para identificar as informações entre as tabelas e que seja correspondente a feição associada.
No ARCMAP utiliza-se a função join para fazer este linck entre tabelas. Para ativá-la é preciso seleciona o layer que se deseja realizar a
junção e clicar com o botão da direita, isso abrirá a janela da Figura 5.69.
Figura 5.69. Função join.
Ao selecionar a função join abrirá a janela acima que deverá ser
preenchida conforme as informações necessárias.
Ao se associar a tabela
encolhida e o critério de junção e só
clicar em ok (Figura 5.70).
O arquivo ao qual foi unida
a nova informação não vai muda
graficamente, mas vai ter uma carga maior de dados na sua tabela
que poderá ser permanente ou não.
Figura 5.70. Definindo critérios.
223
5.4.18.4 Exercício 9 – Funções de análise espacial
A análise espacial tem como objetivo encontrar objetos que satisfazem a determinadas condições impostas tanto pelo usuário, quanto por
fatores externos (modelo, situação ou cenário). Um procedimento comum ao
lidar com informações espaciais consiste primeiramente em selecionar os
objetos que satisfaçam a estas condições, para em seguida realizar operações sobre estes objetos, como recuperar informações a respeito deles,
convertê-los a um novo layer ou shapefile, ou ainda realizar operações
geométricas como união e intersecção, quando em modo de edição.
A consulta espacial pode ser efetuada interativamente, onde o usuário vai indicando com o mouse os objetos que satisfazem a determinada
condição, e através de uma consulta por atributos, onde por meio de expressões SQL (uma linguagem padrão de consultas a banco de dados) o
usuário constrói a expressão que irá selecionar os dados.
5.4.18.4.1 Seleção interativa
Para selecionar interativamente um objeto (isto é, indicando com o
mouse) é necessário primeiro saber se o layer ao qual pertence o objeto é
selecionável.
5.4.18.4.2 Sintaxe SQL
Para construir expressões usando a sintaxe SQL (Structured Query
Language, ou linguagem estruturada de consultas) é necessário que o usuário seja sempre bastante explícito naquilo que ele deseja.
Por uma questão de formalidade é importante dizer que as expressões utilizadas no ArcGIS não são SQL, mas bastante semelhantes. Você
pode ver exemplos de expressões usadas no ArcGIS em seleção por atributos (Figura 5.71).
5.4.18.4.3 Seleção por atributos
Usando-se o construtor de expressões é possível estabelecer condições simples ou complexas para a seleção dos dados (Figura 5.72).
224
Figura 5.71. Construtor de expressões.
Figura 5.72. Seleção por atributos.
5.4.18.4.4 Inquirição espacial – Aplicação de vizinhança
As operações utilizando BUFFER são as mais simples e frequentemente utilizadas.
Desta forma é necessário definir o que um é BUFFER que é uma
feição criada para representar uma distância uniforme em volta de uma
determinado feição (objeto geográfico).
Esse tipo de analise é comumente utilizado para delimitação de áreas em torno de determinada feição, podendo ser um polígono único ou
divido em distâncias proporcionais. Pode ser utilizado para a delimitação de
APPs (Áreas de Proteção Permanente) de recursos hídricos, área de prote-
225
ção ao longo de rodovias, reserva legal, área de influencia ou abrangência
de determinado estabelecimento entre outras possibilidades.
Para gerar um BUFFER é necessário selecionar a feição (objeto)
no qual se deseja criar essa informação à distância e a forma como ela será
apresentada. Dependendo da escolha da forma de representação, da quantidade de objetos e da proximidade das feições a serem analisados os
BUFFERS podem ser sobrepostos.
No exercício a seguir vamos criar um BUFFER de 500m em torno
do arquivo ___________________.
O exercício envolve a criação de arquivos independente com diferentes formas de acordo com a opção escolhida.
– Abra o ARCMAP e adicione os arquivos vetoriais:
____________.shp
____________.shp.
Depois de adicionar os arquivos é necessário verificar se a Caixa
de Ferramentas ARCTOOLBOX está ativada. Caso não esteja é necessário
ativar clicado sobre o ícone
Para executar a operação de BUFFER, o usuário deve selecionar a
seguinte seqüência de ferramentas Analysis Tools ÎProximity Î Buffer.
Para ativar a ferramenta Buffer é preciso dar um duplo click. E com isso
abrirá uma janela de dialogo que será preenchida.
5.4.18.4.5 Sobreposição de temas - CLIP
Ao realizarmos um trabalho, por vezes, os dados disponíveis são
maiores que á área de interesse. Assim faz-se necessário recortar informações no tamanho da área de interesse. Para tanto é necessário ter um layer
ou arquivo tipo polígono que será usado como “mascara” ou limite de sua
área de estudo.
Para acessar a rotina CLIP é necessário ir para Analysis Tools
ÎExtract Î Clip. Para ativar a rotina clip dê duplo click e abrirá a janela
de dialogo. Esta janela será ser preenchida.
226
6 BIBLIOGRAFIA
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Curso de Cartografia Básica, GPS e ArcGIS

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