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.
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| 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.
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| 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.
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| 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:
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| 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]. |
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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.
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| Figura 1 –
Receptor C/A Garmin Legend (L) com 12 canais e freqüência de 0,5 Hz. |
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| Figura 2 –
Receptor Garmin Vista (V), com 12 canais e freqüência de 0,5 Hz. |
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| 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.
