Uso do GPS na Agricultura de Precisão

Na nossa ultima postagem falamos sobre os principais conceitos da AP. Hoje falaramos do Sistema GPS

Como citei na postagem Conceitos básicos da Agricultura de Precisão, coordenadas georreferenciadas são dados indispensáveis para se trabalhar com Agricultura de Precisão. O uso do sistema GPS é atualmente a forma mais utilizada para a coleta destas informações.

O termo GPS significa Global Positioning System que traduzido para o português fica Sistema de Posicionamento Global.

HISTÓRICO

O GPS surgiu 1973, foi projetado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América (EUA) para oferecer a posição instantânea, velocidade e o horário de um ponto qualquer sobre a superfície terrestre ou bem próxima a ela num referencial tridimensional. Ele surgiu como um produto da guerra fria, com principal objetivo de se obter em tempo real a posição exata de veículo, embarcação e homens.

FUNCIONAMENTO

O sistema para se melhor entendido podemos dividir em três segmentos: Espacial, de Controle e de Usuário.

O SEGMENTO ESPACIAL é constituído por uma constelação de 27 satélites em órbita terrestre, sendo 24 em uso e 3 de reserva, aproximadamente 20200 km com um período de 11h e 58 min cada rotação em volta da Terra e distribuídos por seis diferentes orbitas. Estas orbitas estão separados entre si por cerca de 60º em longitude e têm inclinações próximas dos 55º em relação ao plano equatorial terrestre. Foi concebida por forma a que existam no mínimo 4 satélites visíveis acima do horizonte em qualquer ponto da superfície e em qualquer altura.

Órbita dos 24 satélites GPS.

O SEGMENTO DE CONTROLE é constituído por estações de rastreio distribuídas ao longo do globo e uma estação de controlo principal (MCS- Master Control Station). Esta componente rastreia os satélites, atualiza as suas posições orbitais e calibra e sincroniza os seus relógios. Outra função importante é determinar as órbitas de cada satélite e prever a sua trajetória nas 24h seguintes. As demais estações coletam dados e repassam para a Master Control Station.

Posição das estações de rastreio distribuídas ao longo do globo.

O SEGMENTO DO USUÁRIO inclui todos aqueles que usam um receptor GPS para receber e converter o sinal GPS em posição, velocidade e tempo. Inclui ainda todos os elementos necessários neste processo como as antenas e software de processamento. No cenário da AP temos receptores GPS, pilotos automáticos, programas para elaborar contornos, pontos, grides e todos dados que são coletados com referencias de coordenadas geográficas, enfim muitos outros equipamentos que vem surgindo com a modernização da AP.  

Computador de campo com receptor GPS da marca Trimble.

   

FONTES DE ERRO DO GPS

A principal fonte de erro do sistema foi implementado pelo Departamento de Defesa americano, se chamava "Disponibilidade Seletiva" e tinha função de resguardar a segurança do país. 

Em 2000 o presidente Clinton com um decreto cancelou a Disponibilidade Seletiva e o erro médio que era de 100 metros na localização do receptor ficou dez vezes menor.Atualmente  as principais fontes de erro do GPS são as seguintes:

1º . Erro devido à geometria dos satélites com relação ao observador;

2º . Desvios dos relógios dos satélites;

3º . Atraso de propagação e processamento dos sinais pelos circuitos dos satélites;

4º . Erros devido a trajetórias múltiplas dos sinais;

5º . Efeitos da atmosfera sobre a velocidade e a trajetória de propagação dos sinais transmitidos;

6º . Erros devidos à resolução e ruído do receptor do usuário;

7º . Erro na determinação da posição dos satélites (erro de efeméride).

DGPS

Visando a correção dos principais problemas causadores dos erros, foi desenvolvido o sistema de posicionamento diferencial e relativo (DGPS). Segundo PFOST et al. ( 2001), o DGPS utiliza um sinal de correção emitido por uma estação fixa, uma antena fixa na terra ou um satélite estacionário. Por sua posição no globo terrestre ser conhecida, a estação determina o erro de posição e envia a correção para os receptores.

COMPARAÇÃO DE ERRO ENTRE MARCAS COMERCIAIS DE RECEPTORES GPS

MOLIN et al. (2006) publicou trabalho comparando três modelos comerciais de GPS para calcular os índices de acurácia e precisão dos mesmos e dois períodos de coletas de dados. Os aparelhos usados foram:

- C/A Garmin Legend (L) com 12 canais e freqüência de 0,5 Hz;

- Garmin Vista (V), com 12 canais e freqüência de 0,5 Hz;

- John Deere L1 com correção diferencial StarFire1 com 12 canais e freqüência de 5 Hz.

Os dados foram coletados em duas datas diferentes (07 e 15 de abril de 2009) no mesmo horário entre 15h e 16h (uma hora de aquisição de dados), visando utilizar a constelação de satélites no mesmo posicionamento. Veja os resultados na tabela abaixo:

Tabela 1 – Análise dos dados adquiridos com os três receptores em duas datas diferentes: Índice de acurácia (IA), [m]; Erro circular padrão (σc), [m]; e o Erro circular provável (CEP), [m].

Os gráficos abaixo ilustram as posições dos pontos obtidos experimentalmente, em coordenadas planas no sistema UTM. Podemos perceber que os receptores Garmim apresentaram um baixo número de pontos nos gráficos, esse fato ocorreu devido à aquisição de várias coordenadas repetidas. Já no StarFire, isso não ocorreu devido, principalmente, à melhor estrutura de hardware do receptor.

Figura 1 – Receptor C/A Garmin Legend (L) com 12 canais e freqüência de 0,5 Hz.

Figura 2 – Receptor Garmin Vista (V), com 12 canais e freqüência de 0,5 Hz.

Figura 3 – Receptor John Deere L1 com correção diferencial StarFire1 com 12 canais e freqüência de 5 Hz.

Conclui-se que há diferenças em relação à precisão e à acurácia tanto em períodos de amostragens diferentes, como entre os diversos receptores. Apesar das variações em relação à acurácia e à precisão, todos os receptores se mostraram aptos para serem empregados em diversas atividades que envolvem a agricultura de precisão.