Curso Cartografia Basica GPS ArcGIS

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

o M t S n F e U m a a d s s e o c c i o n r c p é o t i l e o G P e o d i a g é l e r o Á C

Curso d de C Cartograf ia B Básica, GPS e e A ArcGIS

Versão: O Outubro 2 2010

MATERIAL DIDÁTICO

El ó d i o Se be m o S Prof. de Ensino Médio, Técnico e Tecnológico / Colégio Politécnico da UFSM

M i c o n guil h o t t c hel e M t Prof.ª de Ensino Superior / Colégio Co légio Politécnico da UFSM

Curso d de C Cartograf ia B Básica, GPS e e A 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

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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

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SUMÁRIO

1 FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFIA ................................................................................ 15 B1 7 .1 Introdução a Cartografia ............................................................................................... 15 B1 8 .2

Princípios Teóricos ....................................................................................................... 17

B1 9 .3 Localização................................................................................................................... 25 B71 3 .3.1 Sistema de Coordenadas Geográficas ................................................................ 26 B81 3 .3.2 Sistema de Coordenadas Tridimensionais (X, Y e Z) .......................................... 28 B91 3 .3.3 Sistemas de Coordenadas Planas Cartesianas................................................... 28 B01 4 .3.4 Sistema de Projeção Cartográfica........................................................................ 29

1.3.4.1 Tipo de Superfície Adotada.......................................................................... 30 U0B11.3.4.2 Grau de Deformação da Superfície .............................................................. 31 B01 1 .4 Sistema de Coordenadas UTM.................................................................................... 33 B11.5 Norte de quadricula, magnético e geográfico. .............................................................. 38 B21 1 .6 Mapeamento Sistemático Nacional .............................................................................. 39 B31 1 .7 Conversões entre sistemas de referência.................................................................... 40 B31 1 .8 Uso de sistemas de coordenadas nas regiões polares................................................ 42 B31 1 .9 Precisão e acurácia ...................................................................................................... 44 B01 4 .9.1 Precisão................................................................................................................ 45 B01 4 .9.2 Acurácia................................................................................................................ 46 B31 1 .10 Novos avanços no mapeamento da superfície terrestre............................................ 46

2 INTRODUÇÃO A TECNOLOGIA GNSS ............................................................................. 49 B62 1 .1 O Conceito GNSS ........................................................................................................ 49 B72 1 .2 Como o GNSS funciona ............................................................................................... 49 B82 1 .3 Aplicações do GNSS .................................................................................................... 49 B92 1 .4 Sistemas GNSS............................................................................................................ 50 B12 4 .4.1 GPS...................................................................................................................... 51 B22 4 .4.2

GLONASS ............................................................................................................ 53

B32 4 .4.3

GALILEO .............................................................................................................. 54 B32 4 .4.4 COMPASS............................................................................................................ 54 B02 2 .5 Sistemas de Aumentação............................................................................................. 55 B42.5.1 Sistema de Cobertura para Navegação Geoestacionário Europeu - EGNOS..... 56 B12 2 .6 Aplicações GNSS ......................................................................................................... 56 B52 4 .6.1 Agricultura e Pesca .............................................................................................. 56 B62 4 .6.2 Pulverização Química........................................................................................... 57 B72 4 .6.3 Monitoração de Rendimento de Safras ................................................................ 58 B82 4 .6.4 Extensão de Safras e Rastreamento de Gado..................................................... 58 B92 4 .6.5 Navegação e Monitoramento de Barcos de Pesca.............................................. 59 B02 5 .6.6

Engenharia Civil ................................................................................................... 59 B12 5 .6.7 Monitoramento de Estruturas ............................................................................... 59 B252.6.8 Orientação de Máquinas ...................................................................................... 60 B352.6.9 Logística e Gerenciamento de Canteiros de Obras ............................................. 60 B452.6.10 Manutenção da Infraestrutura de Rodovias e Ferrovias .................................... 61 B52.6.11 Energia ............................................................................................................... 61 B652.6.12 Sincronização de Redes para Geração e Distribuição de Energia .................... 62 B752.6.13 Mapeamento de Infra-estrutura.......................................................................... 62 B852.6.14 Meio-Ambiente ................................................................................................... 63 B952.6.15 Monitoramento Ambiental................................................................................... 63 B062.6.16 Ciências Naturais ............................................................................................... 64 B162.6.17 Proteção de Recursos Marinhos ........................................................................ 64 B262.6.18 Segurança Ambiental ......................................................................................... 65 B362.6.19 Seguros .............................................................................................................. 65 B462.6.20 Telecomunicações.............................................................................................. 65 B562.6.21 Localização de Telefones Móveis ...................................................................... 66 B62.6.22 Rede de Comunicações ..................................................................................... 66 B762.6.23 Aviação............................................................................................................... 67 B862.6.24 Operações em Portos......................................................................................... 67 B962.6.25 Navegação em Hidrovias ................................................................................... 68 B072.6.26 Aplicações em Rodovias .................................................................................... 68 B172.6.27 Aplicações em Ferrovias .................................................................................... 69

3 SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL GPS ............................................................ 71 B23.1 Um breve histórico ........................................................................................................ 71 B33 2 .2 Definição....................................................................................................................... 73

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B43 2 .3 Sistema de referência do GPS..................................................................................... 73 B53 2 .4

Composição ou segmentos do sistema........................................................................ 75 B23 7 .4.1 Segmento do Espaço ........................................................................................... 75 U1B03.4.1.1 Satélites GPS ............................................................................................... 76 U2B013.4.1.2 O tempo GPS ............................................................................................... 77 U3B013.4.1.3 Estrutura do Sinal dos Satélites GPS ........................................................... 77 B373.4.2 Segmento de Controle e Monitoramento ............................................................. 79 B473.4.3 Segmento do Usuário........................................................................................... 81 U4B013.4.3.1 Serviços Oferecidos e Tipos de Usuários .................................................... 81 U5B013.4.3.2 Receptores GPS........................................................................................... 82 5B13.4.3.2.1 Componentes........................................................................................ 82 6B513.4.3.2.2 Tipos de Receptores............................................................................. 82 9B713.4.3.2.2.1 Quanto ao Número de Freqüências ............................................. 82 0B813.4.3.2.2.2 Quanto ao Número de Canais ...................................................... 83 1B83.4.3.2.2.3 Quanto ao Tipo de Canais ............................................................ 83 2B813.4.3.2.2.4 Quanto ao Tipo de Sinal Observado ............................................ 83 3B813.4.3.2.2.5 Quanto ao Tipo de Levantamento ................................................ 84

B63 2 .5 Princípio Básico do Posicionamento ............................................................................ 85 B53 7 .5.1 O processo de trilateração a partir de satélites .................................................... 86 B63 7 .5.2

Medição da Distância Satélite-Receptor .............................................................. 88 U6B03 1 .5.2.1 Pelo Tempo de Propagação - Código C/A ou P........................................... 88 U7B013.5.2.2 Pela Diferença de Fase - Portadora L1 ou L2 .............................................. 89 B73.5.3 Coordenadas dos Satélites Xs, Ys e Zs ............................................................... 90 U8B013.5.3.1 Efemérides Transmitidas.............................................................................. 90 B873.5.4 Cálculo das Coordenadas do Receptor X, Y e Z ................................................. 90 B73 2 .6 Fatores que Afetam a Precisão do Posicionamento por Ponto.................................... 91 B93 7 .6.1 Erros relacionados aos satélites .......................................................................... 91 U9B03 1 .6.1.1 Não Sincronização do Relógio do Satélite com Tempo GPS ...................... 91 U0B13.6.1.2 Forma de Cálculo das Coordenadas dos Satélites ...................................... 92 U1B3.6.1.3 Atraso Entre as Portadoras no Hardware do Satélite .................................. 92 U2B13.6.1.4 Distribuição Geométrica dos Satélites - DOP............................................... 93 U3B13.6.1.5 Disponibilidade Seletiva - SA ....................................................................... 94 B03 8 .6.2 Erros relacionados à propagação do sinal ........................................................... 94 U4B13.6.2.1 Atraso na lonosfera U( ΔI ).............................................................................. 94 U5B13.6.2.2 Atraso na Troposfera ( ΔT ).......................................................................... 95 U6B13.6.2.3 Multicaminhamento....................................................................................... 97 U7B13.6.2.4 Perda de Ciclos ............................................................................................ 97

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B13 8 .6.3 Erros relacionados ao receptor/ antena ............................................................... 98 U8B13.6.3.1 Erro do Relógio ............................................................................................. 98 U9B13.6.3.2 Erro entre os Canais..................................................................................... 98 U0B23 1 .6.3.3 Centro de Fase da Antena ........................................................................... 98 B23 8 .6.4 Erros relacionados à estação............................................................................... 99 U1B23.6.4.1 Coordenadas da Estação............................................................................. 99 U2B3 1 .6.4.2 Estacionamento da Antena no Ponto de Coleta .......................................... 99 U3B23 1 .6.4.3 Erro Grosseiro Devido a Diferença de Datum .............................................. 99 B33 8 .6.5 Comparação das Diversas Fontes de Erros nas Medidas ................................. 100 B83 2 .7 Altimetria com GPS .................................................................................................... 101 B43 8 .7.1 Modelo de Ondulação Geoidal (No) ................................................................... 101 B93 2 .8 Método Diferencial...................................................................................................... 102 B53 8 .8.1 Com o Código (DGPS) ....................................................................................... 102 B63 8 .8.2 Com a Fase da Portadora .................................................................................. 104 B03 3 .9 Posicionamento Relativo............................................................................................ 104 B73 8 .9.1 Modelos Utilizados na Solução da Diferença de Fase....................................... 105 U4B23 1 .9.1.1 Dupla diferença de fase.............................................................................. 105 B83.9.2 Tipos de Posicionamento Relativo..................................................................... 106 U5B23 1 .9.2.1 Posicionamento Relativo Estático .............................................................. 106 U6B23 1 .9.2.2 Método Relativo Estático Rápido ............................................................... 106 U7B23 1 .9.2.3 Método Reocupação................................................................................... 107 U8B23 1 .9.2.4 Método Relativo Semi-cinemático (Stop and Go) ...................................... 107 U9B23 1 .9.2.5 Método Relativo Cinemático....................................................................... 108 U0B33 1 .9.2.6 Cinemático Pós-Processado...................................................................... 108 U1B33.9.2.7 Cinemático em Tempo Real ....................................................................... 108 B13 3 .10

Redes de Apoio ao Posicionamento ........................................................................ 109 B93 8 .10.1 Estação de Controle Ativo................................................................................ 109 U2B313.10.1.1 Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) ............................. 109 U3B13.10.1.2 Rede INCRA de Bases Comunitárias do GNSS - (RIBaC) ...................... 111 U4B313.10.1.3 Rede Faróis da Marinha........................................................................... 113 U5B313.10.1.4 Redes de Estações Ativas Particulares.................................................... 114 B093.10.2 Estação de Controle Passivo ........................................................................... 115 U6B313.10.2.1 Rede Estadual de Pontos GPS - Rio Grande do Sul ............................... 115

4 A ULAS PRÁTICAS DE GPS ............................................................................................. 119 B24 3 .1 Modelos de Receptores GPS de navegação ............................................................. 119

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B34.2 Manual Garmin eTrex Vista........................................................................................ 120 B14 9 .2.1 Introdução: página dos satélites......................................................................... 120 B24 9 .2.2 Métodos de Navegação...................................................................................... 122 B34 9 .2.3 Página do Mapa ................................................................................................. 123 U7B34 1 .2.3.1 Opções da Página do Mapa ....................................................................... 124 U8B34 1 .2.3.2 Instruções Passo a Passo.......................................................................... 125 B44 9 .2.4 Página de Navegação........................................................................................ 126 U9B34 1 .2.4.1 Opções da página de navegação ............................................................... 126 U0B44 1 .2.4.2 Instruções passo a passo........................................................................... 127 B54 9 .2.5 Página do Computador de Navegação .............................................................. 128 U1B44.2.5.1 Opções da página do computador de navegação ...................................... 128 U2B44 1 .2.5.2 Instruções passo a passo........................................................................... 128 B64 9 .2.6 Página do Menu Principal................................................................................... 129 U3B44 1 .2.6.1 Página Marcar Ponto.................................................................................. 130 U4B4 1 .2.6.2 Menu de Procura ........................................................................................ 132 4U5B4 1 .2.6.3 Criando e usando uma rota ........................................................................ 133 U6B44 1 .2.6.4 Usando Registro de Trilhas ou Trajetos ..................................................... 136 U7B44 1 .2.6.5 Menu de Definições.................................................................................... 137 7B54 1 .2.6.5.1 Página do Horário............................................................................... 138 8B54 1 .2.6.5.2 Página de Unidades ........................................................................... 139 9B54 1 .2.6.5.3 Página de Acessórios......................................................................... 140 B64 9 .2.7 Página do Altímetro ............................................................................................ 141 B44 3 .3 Aplicativos................................................................................................................... 143 B74 9 .3.1 GPS TrackMaker ................................................................................................ 143 U8B44 1 .3.1.1 Informações Importantes............................................................................ 143 U9B44 1 .3.1.2 Tutorial do GPS TrackMaker ...................................................................... 145

4.3.1.2.1 Barra de Ferramentas Horizontal ....................................................... 145 1B64.3.1.2.2 Barra de Ferramentas Vertical ............................................................ 147 2B614.3.1.2.3 Criando um Ponto............................................................................... 147 3B614.3.1.2.4 Transferindo pontos do computador para o GPS e vice versa........... 148 4B614.3.1.2.5 Configurando menu ferramentas, opções do Software GTM............. 149 4B814.3.1.2.5.1 Opções Gerais............................................................................ 149 5B814.3.1.2.5.2 Opções de Unidades .................................................................. 151 6B814.3.1.2.5.3 Opções de Coordenadas ............................................................ 151 7B814.3.1.2.5.4 Opções de Datum....................................................................... 152 B84 9 .3.2 Google Earth ...................................................................................................... 153 U0B514.3.2.1 Introdução ao Google Earth ....................................................................... 153 U1B54.3.2.2 O que é o Google Earth?............................................................................ 153

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U2B54 1 .3.2.3 Requisitos do Sistema................................................................................ 154 5B64 1 .3.2.3.1 Requisitos Mínimos ............................................................................ 154 6B4 1 .3.2.3.2 Configuração Recomendada.............................................................. 155 U3B54 1 .3.2.4

Instalação ................................................................................................... 155 U4B54 1 .3.2.5 Iniciando o Google Earth ............................................................................ 156 7B614.3.2.5.1 Controles de Navegação .................................................................... 156 8B614.3.2.5.2 Funções do Menu ............................................................................... 158 8B14.3.2.5.2.1 Arquivo........................................................................................ 158 9B814.3.2.5.2.2 Editar........................................................................................... 158 0B94 1 .3.2.5.2.3 Visualizar .................................................................................... 159 1B94.3.2.5.2.4 Ferramentas................................................................................ 160 2B914.3.2.5.2.5 Adicionar ..................................................................................... 161 3B914.3.2.5.2.6 Ajuda........................................................................................... 164 9B614.3.2.5.3 Painel Pesquisar................................................................................. 164 4B914.3.2.5.3.1 Voar Para.................................................................................... 164 5B914.3.2.5.3.2 Localizar Empresas .................................................................... 165 6B914.3.2.5.3.3 Trajeto......................................................................................... 165 0B714.3.2.5.4 Painel Lugares.................................................................................... 165 1B74.3.2.5.5 Painel Camadas ................................................................................. 166 2B714.3.2.5.6 Comunidade Google Earth ................................................................. 167 3B714.3.2.5.7 Navegação do Google Earth .............................................................. 168 4B714.3.2.5.8 Barra de Atalhos ................................................................................. 168 5B714.3.2.5.9 Latitude e Longitude ........................................................................... 169 7B914.3.2.5.9.1 Tabela de Conversão.................................................................. 170 6B714.3.2.5.10 Arquivos KML e KMZ........................................................................ 170 7B14.3.2.5.11 Visualizando o Espaço ..................................................................... 171 8B714.3.2.5.12 Agradecimentos à equipe da Google. .............................................. 172 4.4 Exercício..................................................................................................................... 173

5 A RCGIS 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

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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

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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

6 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 227

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1 FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFIA

B0

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

B7

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,

Curso de Cartografia Básica, GPS e ArcGIS

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

B8

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-

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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,

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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)

SAD-69 WGS-84 SIRGAS 2000

6.378.160 6.378.137 6.378.137

6.356.775 6.356.752 6.356.752

Brasil (Atual) Globo Américas

Elipsóide

Datum

Bessel 1841 Clarke 1866 Krassovsky 1940 Hayford Internacional 1924 UGGI-67 UGGI-79 GRS80

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

B9

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

B73

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 ( ): 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 ( ): 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 Coor denadas Tridi mensi onais (X, Y e Z)

8B3

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 Coord enadas Planas Cartesianas

9B3

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 Pro jeção Cartogr áfica

0B4

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)

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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)

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1.3.4.2 Grau de Deformação da Superfície

U0B1

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 Pro jeção 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 pro jeções 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 m aior 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

B01

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: 2 1/ 2

K = K 0 /(1 − B )

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.

B1

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

B21

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

1.000.000 500.00 250.000 100.000 50.000 25.000

4° x 6° 2° x 4° 1° x 1,5° 30' x 30' 15' x 15' 7,5' x 7,5'

Medidas da Folha no Terreno (Km) 444,48 x 666,72 222,24 x 333,36 111,12 x 166,68 55,56 x 55,56 27,78 x 27,78 13,89 x 13,89

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Folhas Contidas na Carta ao Milionésimo 1 4 16 96 384 1.536

Nomenclatura V, X, Y, ou Z A, B, C, ou D I,II,III,IV,V ou VI 1 ,2,3 ou 4 NE, NO, SE ou SO


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

B31

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

138 -164,4 -34

-67,35 3,88 -38,22

∆Y ∆Z

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

B31

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

B31

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

B04

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

B04

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

B31

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

B2

2.1 2.1 O Conceito GNSS B61

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 2.2

B71

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 2.3

B81

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 2.4 Sistemas GNSS B91

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 B14

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 (http://wiki.sj.cefetsc.edu.br/wiki/index.php , 12/08/2009)

52


2.4.2 GL ONASS

B24

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

B34

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

B34

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

B02

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 Cobert ura p ara Navegação Geoestacionári o Euro peu - EGNOS B4

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

B12

2 .6.1 Agri cul tur a e Pesca

B54

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

B64

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 Monito ração de Rendiment o d e Safras

B74

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

B84

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

B94

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

B05

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 Moni tor amento de Estrut uras

B15

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 pro jeto, 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

B25

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 Logíst ica e Gerenciamento de Canteiro s de Obras

B35

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 d a Infraestrut ura de Rodov ias e Ferrovi as

B45

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

B5

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 Sinc ron ização de Redes para Geração e Distri bui ção de Energia B65

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

B75

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-Am biente

B85

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 Moni tor amento Ambiental

B95

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

B06

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 Prot eção de Recurso s Marinh os

B16

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

B26

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

B36

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

B46

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

B56

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 Comu nicaçõ es

B6

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

B76

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

B86

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

B96

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 Aplicaçõ es em Rodovi as

B07

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.

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2 .6.27 Aplicaçõ es em Ferrov ias

B17

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

B3

3.1 Um breve histórico

B2

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

B32

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

B42

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

B52

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

B27

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

U1B0

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

U2B01

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

U3B01

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 Contr ole e Monitor amento

B37

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

B47

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

U4B01

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

U5B01

3.4.3.2.1 Componentes

5B1

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

6B51

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:

9B71

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. 0B81

3.4.3.2.2.3 Quanto ao Tipo de Canais Nesta categoria podem-se encontrar os receptores com canais do

1B8

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).

2B81

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 3B81

84


base, o número, a geometria e a condição dos satélites observados, o tempo de observação, dentre outros.

3.5 Princípio Básico do Posicionamento

B62

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 pro cesso de tril ateração a partir de satélites

B57

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 ob jeto 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 nos dois satélites anteriores, o objedois satélites. to 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

B67

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

U6B01

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 medir o tempo com uma acuracidade de nano segundos (10 9 segundos). 3.5.2.2 Pela Diferença de Fase - Portadora L1 ou L2

U7B01

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 compri-

mento 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

B7

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

U8B01

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

B87

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

B72

3 .6.1 Erro s r elacio nados aos satélites

B97

3.6.1.1 Não Sincronização do Relógio do Satélite com Tempo

U9B01

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

j

sendo ts = Ts + δ o tempo na escala GPS, na qual, t s é o tempo na escala do relógio do satélite. R

R

3.6.1.2 Forma de Cálculo das Coordenadas dos Satélites

U0B1

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 Transmitidas

Transmitidas

IGS - Preditas

IGS - Precisas

Erro orbital (m) Linha base (km) Erro linha base (cm) 10 0,5 10 100 5 1000 50 10 1 20 100 10 1000 100 10 0,05 1 100 0.5 1000 5 10 0,005 0,1 100 0,05 1000 0,5

3.6.1.3 Atraso Entre as Portadoras no Hardware do Satélite

U1B

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

U2B1

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 ra o posicionamento horizontal,

ρ V = VDOP. ρ r

ρ H = HDOP. ρ r pa-

para o posicionamento verti-

cal, 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 2

GDOP = ( PDOP ) + (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

U3B1

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 Erro s r elacionados à propagação do s inal

B08

3.6.2.1 Atraso na lonosfera ( ΔI )

U4B1

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 )

U5B1

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

U6B1

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

U7B1

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 Erro s r elacio nados ao receptor / antena

B18

3.6.3.1 Erro do Relógio

U8B1

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

U9B1

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

U0B21

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 Erro s r elacionados à estação

B28

3.6.4.1 Coordenadas da Estação

U1B2

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

U2B1

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

U3B21

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 d e Erros nas Medidas

B38

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

B82

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 Ondu lação Geoid al (No)

B48

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

B92

3.8.1 Com o Código (DGPS)

B58

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 Por tado ra

B68

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

B03

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 Soluç ão da Diferença de Fase

B78

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

U4B21

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 d e Posi cionamento Relativo

B8

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

U5B21

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

U6B21

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

U7B21

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)

U8B21

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

U9B21

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

U0B31

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

U1B3

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

B13

3 .10.1 Estação de Contr ole At ivo

B98

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)

U2B31

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 - (RI-

U3B1

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

U4B31

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

U5B31

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 Contr ole Passivo

B09

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, Mi nas 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

U6B31

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

B4

4.1 Modelos de Receptores GPS de navegação

B23

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). ∗

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 4.2

B3

4.2. 4 .2.1 1 Intr Intr odu ção: págin a dos satélites B19

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 Garmin modelo Etrex Vista Vista são iguais às telas do modelo Etrex Etrex Legend com exceexceção 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). 2. Use o CLICK STICK para selecionar 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’ ‘ Auto’ ou ‘Use o Mapa’. ‘ Auto’ o eTrex Vista determinará sua nova lo3. Se você escolher Auto’ calização 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 4.2.2 Métod Métod os de Navegação B29

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 4.2.3

B39

A Página do Mapa (Figura 4.6) mostra sua posição atual e a direção de movimentação através de um ‘Ícone de Posição’ Posiç ão’ 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

U7B31

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

U8B31

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

B49

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

U9B31

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

U0B41

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

B59

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

U1B4

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

U2B41

a) Para programar um campo de dados: 1. Use o CLICK STICK para selecionar 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: 1. Use o CLICK STICK para selecionar 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

B69

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 arma- status 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

U3B41

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

UB41

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

Figura 4.17. Página de 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

4U5B1

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. 2. Use o CLICK STICK para selecionar o botão ‘ Nova’ e pressione-o para visualizar a página de configuração de rota. 3. Selecione uma coluna vazia (trace jada) 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. Figura 4.20. Página de 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

U6B41

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-

Figura 4.23. Página de 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

U7B41

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 4.2.6.5.1

B751

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 Auto). a) Passos para definir o horário: 1. Use o botão PAGE para acessar o Menu Principal . 2. Use o CLICK STICK para selecionar o Ícone de Configuração e então pressione-o para abrir o Menu de Definições . 3. Use o CLICK STICK para selecionar o ícone Hora e então pressione-o para mostrar a Página de Hora. 4. Use o CLICK STICK para selecionar 138

Figura 4.24. Página de definições.

Figura 4.25. Página de 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 4.2.6.5.2

B851

As opções de configuração são as seguintes 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 precisa coincidir com o datum horizontal usado Figura 4.26. Página das 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 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

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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 4.2.6.5.3

B951

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

Figura 4.27. Página de Acessórios.

Figura 4.28. Página do 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. 4 .2.7 7 Págin Págin a do Altímetro B69

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

Figura 4.29. Página do 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

Figura 4.30. Página de Calibração.

Figura 4.31. Teclado numérico.


4.3 Aplicativos

B43

4.3.1 GPS TrackMaker

B79

4.3.1.1 Informações Importantes

U8B41

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: • 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 T

143

T


• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Cálculo de distâncias da projeção horizontal ou considerando as altitudes Função de conversão topográficas dos dados obtidos do GPS 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 XLS (Excel® 95) 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 Datum definido pelo usuário 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 Rotação de dados 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

U9B41

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

1B6

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

2B61

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

3B61

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 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 4.3.1.2.5

B461

GTM

4.3.1.2.5.1 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 “ Genera General” l” . O usual é deixar a configuração padrão nesta aba, ou seja, não mudar as configurações que estão selecionadas. Como mostra a Figura 4.34. B481

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 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. B581

Figura 4.35. Tela de menu “ferramentas”, “opções”, “aba Unidades”. 4.3.1.2.5.3 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: B681

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 “ Gene General” ral” , “ Units” , “ Coordinates” oordinates” 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. B781

152


Figura 4.37. Tela de menu “ferramentas”, “opções”, “aba Datum”.

4.3.2 Google Earth

B89

4.3.2.1 Introdução ao Google Earth

U0B51

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?

U1B5

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

U2B51

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

5B61

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

6B1

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

U3B51

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 cont rato 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

U4B51

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

7B61

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.

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4.3.2.5.2 Funções do Menu

8B61

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 Ab rir 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) 8B1

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. 9B81

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 eli minando 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. 0B91

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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). 1B9

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 Ear-

th 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)

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- Opções: Local onde permite que você altere e ajuste as configu-

rações 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). 2B91

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 ima-

gem. 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 usuá-

rio 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. 3B91

4.3.2.5.3 Painel Pesquisar

9B61

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. 4B91

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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 consi ga localizá-lo. 5B91

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. 6B91

4.3.2.5.4 Painel Lugares

0B71

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

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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

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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

3B71

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 E arth 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

4B71

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

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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

7B91

4.3.2.5.10 Arquivos KML e KMZ

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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

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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-

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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.

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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 cu jas 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.

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5 ARCGIS DESKTOP 9.3 BÁSICO

B6

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 ArcCatalo g

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 local ização. 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).

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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.

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Figura 5.5. Tela de inicialização do ArcMap. 5.1.3 O Arc Toolbo x

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 pro jeção, e muitas outras (Figura 5.6).

Figura 5.6. ArcToolbox – acoplado no ArcMap.

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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.

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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).

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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 C atalog 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.

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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).

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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 “Previ ew” 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.

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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 Inform ações

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.

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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 Solucio nando Pro blemas

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 At ualizando d ados

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 o s 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 A rcMAP

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.

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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 Referênc ia

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 Pirâmid es em Arqui vos Raster n o Ar cMAP

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


.PRJ (criado no Arc Catalog ou importado do conjunto já existente no programa). 5.4.11 Definin do o Sist ema de Referência n o A rc 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  South America  SAD69  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  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 Ad d Con tr ol Poi nt s 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 t able.

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 Arq uiv os Vetor iais

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.

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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).

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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 ins erida 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 jo in 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 jo in 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 frequen-

temente 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 prote225


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 ARCTOOL BOX 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 An aly sis Tool s Proximity  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 An aly sis Too ls Extract  Clip. Para ativar a rotina clip dê duplo click e abrirá a janela de dialogo. Esta janela será ser preenchida.

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6 BIBLIOGRAFIA

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BAKKER, M.P.R., 1965. Noções Básicas de Cartografia. DH 21-1 BRASIL, INCRA. Norma Técnica para Georreferenciamento de Imóveis Rurais. Brasília: novembro de 2003, 1 a edição. P

P

BRASIL. Noções básicas de cartografia. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE, www.ibge.gov.br acesso em: http://www.politecnico.ufsm.br/cursos/tecnicos/images/downloads/cartografia .pdf COIMBRA, P. et al, 1998. Geografia: Uma análise do espaço geográfico. Ed. HARBRAS. 417 p. DIAS, S. O., Curso de ArcMap 9. Porto Alegre, 2005. DUARTE, P.A. Fundamentos de Cartografia. Florianópolis; Ed. da UFSC, 1994. 148p. ENVI. Guia do Envi. , acesso em 01/09/2005. ESRI, Getting to know ArcView GIS Published by ESRI, 1999. EUROPEAN COMMISSION. "GALILEO, A Satellite Navigation System for the World", European Communities, 2002. EUROPEAN COMMISSION. "The Galileo Project: GALILEO Design Consolidation". August 2003. MONGUILHOTT, M., VIST, H. L., SOUZA, S. F, de, VALDAMERI, R. M., FERREIRA, A. H., Curso ArcView 9 : Básico [Manuscrito] 2 ed. 2006. 47 pg., il. MONICO, J.F.G. Posicionamento pelo GNSS: Descrição, fundamentos e aplicações. 2ª edição, São Paulo, Editora UNESP, 2008. 480p. NIEVMSK, F. G., Curso de Introdução ao ArcView 8. Apostila, UFRGS – Geodésia, Abril de 2004. ROBAINA, A.D.; CATEN, A.T. Caderno Didático: Fundamentos do Sistema de Posicionamento Global - GPS. Santa Maria, Colégio Politécnico da UFSM, 2006. 72p. ROSA, R. Cartografia Básica. Universidade Federal de Uberlândia. 2004

Curso Cartografia Basica GPS ArcGIS

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