UM POUCO DE HISTÓRIA
No dia 23 de agosto de 1499, o navegador italiano
Américo Vespúcio acreditava estar navegando
pelas costas das Índias, baseado nos relatos
de seu colega e patrício Cristóvão
Colombo. Levava a bordo de sua caravela um Almanaque
- livro que lista as posições e os eventos
relacionados aos corpos celestes - que previa o alinhamento
da Lua com Marte para a meia-noite daquele dia. Vespúcio
esperou até quase o amanhecer para observá-lo.
Sabendo que a referência dos dados contidos
no Almanaque era a cidade de Ferrara, na Itália,
avaliou a diferença de tempo entre as duas
observações e, com o valor do diâmetro
da Terra já conhecido, pode calcular a que
distância se encontrava de Ferrara - sua longitude.
Concluiu que não poderia estar nas costas das
Índias e afirmou categoricamente que Colombo
havia descoberto um novo continente. Foi a primeira
pessoa a saber a verdade sobre o Novo Mundo. O nome
AMÉRICA homenageou-o e perpetuou esse romântico
acontecimento.
A RÁDIO-NAVEGAÇÃO
O uso de sinais de rádio para determinar a
posição foi um avanço significante
na navegação. O equipamento para rádio-navegação
apareceu em 1912. Não era muito preciso, mas
funcionou até que a II Grande Guerra permitisse
o desenvolvimento do RADAR - Radio Detection And Ranging
- e a capacidade de medir lapsos de tempo entre emissão/recepção
de ondas de rádio. Para determinar a posição,
mede-se o lapso de tempo dos sinais provenientes de
locais conhecidos. Os sinais de rádio são
emitidos de transmissores exatamente ao mesmo tempo
e têm a mesma velocidade de propagação.
Um receptor localizado entre os transmissores detecta
qual sinal chega primeiro e o tempo até a chegada
do segundo sinal. Se o operador conhece as exatas
localizações dos transmissores, a velocidade
das ondas de rádio e o lapso de tempo entre
os dois sinais, ele pode calcular sua localização
em uma dimensão. Ele sabe onde está
numa linha reta entre os dois transmissores.. Se usarmos
três transmissores, podemos obter uma posição
bi-dimensional, em latitude e longitude. O GPS funciona
baseado nos mesmos princípios. Os transmissores
de rádio são substituídos por
satélites que orbitam a Terra a 20.200 km e
permitem conhecer a posição em três
dimensões: latitude, longitude e altitude.
O SISTEMA GPS
A tecnologia atual permite que qualquer pessoa possa
se localizar no planeta com uma precisão nunca
imaginada por navegantes e aventureiros há
até bem pouco tempo. O sofisticado sistema
que tornou realidade esse sonho e chamado "G.P.S."
- Global Positioning System (Sistema de Posicionamento
Global) - e foi concebido pelo Departamento de Defesa
dos EUA no início da década de l960,
sob o nome de 'projeto NAVSTAR'. O sistema foi declarado
totalmente operacional apenas em l995. Seu desenvolvimento
custou 10 bilhões de dólares. Consiste
de 24 satélites que orbitam a terra a 20.200
km duas vezes por dia e emitem simultaneamente sinais
de rádio codificados. Testes realizados em
1972 mostraram que a pior precisão do sistema
era de 15 metros. A melhor, 1 metro. Preocupados com
o uso inadequado , os militares americanos implantaram
duas opções de precisão: para
usuários autorizados (eles mesmos) e usuários
não-autorizados (civis). Os receptores GPS
de uso militar têm precisão de 1 metro
e os de uso civil, de 15 a 100 metros. Cada satélite
emite um sinal que contém: código de
precisão (P); código geral (CA) e informação
de status.
Como outros sistemas de rádio-navegação,
todos os satélites enviam seus sinais de rádio
exatamente ao mesmo tempo, permitindo ao receptor
avaliar o lapso entre emissão/recepção.
A potência de transmissão é de
apenas 50 Watts. A hora-padrão GPS é
passada para o receptor do usuário. Receptores
GPS em qualquer parte do mundo mostrarão a
mesma hora, minuto, segundo,... até mili-segundo.
A hora-padrão é altamente precisa, porque
cada satélite tem um relógio atômico,
com precisão de nano-segundo - mais preciso
que a própria rotação da Terra.
É a referência de tempo mais estável
e exata jamais desenvolvida. Chama-se atômico
por usar as oscilações de um átomo
como "metrônomo".
O receptor tem que reconhecer as localizações
dos satélites. Uma lista de posições,
conhecida como almanaque, é transmitida de
cada satélite para os receptores. Controles
em terra rastreiam os satélites e mantém
seus almanaques acurados.
Cada satélite tem códigos P e CA únicos,
e o receptor pode distinguí-los. O código
P é mais complexo que o CA, quase impossível
de ser alterado e somente militares têm acesso
garantido a ele.
Receptores civis medem os lapsos de tempo entre a
recepção dos sinais codificados em CA.
O conceito da rádio-navegação
depende inteiramente da transmissão simultânea
de rádio-sinais. O controle de terra pode interferir,
fazendo com que alguns satélites enviem seus
sinais CA ligeiramente antes ou depois dos outros.
A interferência deliberada introduzida pelo
Departamento de Defesa dos EUA é a fonte da
Disponibilidade Seletiva - Selective Availability
(AS). Os receptores de uso civil desconhecem o valor
do erro, que é alterado aleatoriamente e está
entre 15 e 100 metros. Os receptores militares não
são afetados. Existe outra fonte de erro que
afeta os receptores civis: a interferência ionosférica.
Quando um sinal de rádio percorre os eletrons
livres na ionosfera, sofre um certo atraso. Sinais
de freqüências diferentes sofrem atrasos
diferentes. Para detectar esse atraso, os satélites
do sistema enviam o código P em duas ondas
de rádio de diferentes freqüências,
chamadas L1 e L2. Receptores caros rastreiam ambas
as freqüências e medem a diferença
entre a recepção dos sinais L1 e L2,
calculam o atraso devido aos eletrons livres e fazem
correções para o efeito da ionosfera.
Receptores civis não podem corrigir a interferência
ionosférica porque os códigos CA são
gerados apenas na freqüência L1 ( l575,42
MHz ). Existem receptores específicos, conhecidos
como não-codificados, que são super
acurados. Como desconhecem os valores do código
P, obtém sua precisão usando técnicas
especiais de processamento. Eles recebem e processam
o código P por um número de dias e podem
obter uma posição fixa com precisão
de 10 mm. É ótimo para levantamento
topográfico.
Os sinais gerados pelos satélites contém
um "código de identidade" (ou pseudo-randômico),
dados efêmeros (de status) e dados do almanaque.
O código de identidade (Pseudo-Random Code
- PRN ) identifica qual satélite está
transmitindo. Usa-se como referência dos satélites
seus PRN, de 1 a 32. O código pseudo-randômico
permite que todos os satélites do sistema compartilhem
a mesma freqüência sem interferências.
É um sistema engenhoso que torna o GPS prático
e relativamente barato de se usar. Ao contrário
dos satélites de TV, que estão em órbitas
geo-síncronas (estacionários no céu)
e transmitem poderosos sinais para refletores parabólicos
em terra, o satélite GPS envia sinais com poucas
informações e de baixa potência
para antenas do tamanho do dedo polegar. De fato,
os sinais GPS são tão fracos que não
são maiores que o ruído de fundo (de
rádio) inerente à Terra. O princípio
do código pseudo-randômico, que significa
literalmente "aparentemente aleatório",
se baseia em uma comparação realizada
em muitos ciclos de um sinal, que é demorada
e incômoda se comparada com um sinal de TV.
O padrão para comparação do código
pode ser alterado (apenas código CA), permitindo
que o governo americano controle o acesso ao sistema
do satélite.
Os dados efêmeros (de status) são constantemente
transmitidos e contém informações
de status do satélite (operacional ou não),
hora, dia, mês e ano. Os dados de almanaque
dizem ao receptor onde procurar cada satélite
a qualquer momento do dia. Com um mínimo de
três satélites, o receptor pode determinar
uma posição Lat/Long - que é
chamada posição fixa 2D - bi-dimensional.
(Deve-se entrar com o valor aproximado da altitude
para melhorar a precisão). Com a recepção
de quatro ou mais satélites, um receptor pode
determinar uma posição 3D, isto é,
Lat/Long/Altitude.Pelo processamento contínuo
de sua posição, um receptor pode também
determinar velocidade e direção do deslocamento.
FATORES QUE AFETAM A PRECISÃO DO SISTEMA
O Sistema foi originalmente projetado para uso militar,
mas em l980, uma decisão do então presidente
Ronald Reagan liberou-o para o uso geral. Na época,
o Departamento de Defesa americano implantou um erro
artifical no Sistema chamado "Disponibilidade
Seletiva", para resguardar a segurança
interna do país. A Disponibilidade Seletiva
foi cancelada por um decreto do Presidente Clinton
em maio de 2000, pois o contínuo desenvolvimento
tecnológico permitiu ao Departamento de Defesa
obstruir a precisão do Sistema onde e quando
os interesses americanos exigissem. Com o decreto,
o erro médio de 100 metros na localização
do receptor ficou dez vezes menor.
Um fator que afeta a precisão é a 'Geometria
dos Satélites' - localização
dos satélites em relação uns
aos outros sob a perspectiva do receptor GPS. Se um
receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites
e todos estiverem na mesma região do céu,
sua geometria é pobre. Na verdade, o receptor
pode não ser capaz de se localizar, pois todas
as medidas de distância provém da mesma
direção geral. Isto significa que a
triangulação é pobre e a área
comum da intersecção das medidas é
muito grande (isto é, a área onde o
receptor busca sua posição cobre um
grande espaço). Dessa forma, mesmo que o receptor
mostre uma posição, a precisão
não é boa. Com os mesmos 4 satélites,
se espalhados em todas as direções,
a precisão melhora drasticamente. Suponhamos
os 4 satélites separados em intervalos de 90º
a norte, sul, leste e oeste. A geometria é
ótima, pois as medidas provém de várias
direções. A área comum de intersecção
é muito menor e a precisão muito maior.
A geometria dos satélites torna-se importante
quando se usa o receptor GPS próximo a edifícios
ou em áreas montanhosas ou vales. Quando algum
satélite é bloqueado, a posição
relativa dos demais determinará a precisão,
ou mesmo se a posição pode ser obtida.
Um receptor de qualidade indica não apenas
os satélites disponíveis, mas também
onde estão no céu (azimute e elevação),
permitindo ao operador saber se o sinal de um determinado
satélite está sendo obstruído.
Outra fonte de erro é a interferência
resultante da reflexão do sinal em algum objeto,
a mesma que causa a imagem 'fantasma' na televisão.
Como o sinal leva mais tempo para alcançar
o receptor, este 'entende' que o satélite está
mais longe que na realidade..
Outras fontes de erro: atraso na propagação
dos sinais devido aos efeitos atmosféricos
e alterações do relógio interno.
Em ambos os casos, o receptor GPS é projetado
para compensar os efeitos.
PREVISÃO DO ERRO
Fontes de erro (típico) erro médio gerado
Erro do relógio do satélite 60 cm
Erro de efemérides 60 cm
Erros dos receptores 120 cm
Atmosférico/Ionosférico 360 cm
Total (raiz quadrada da soma dos quadrados) 390 cm
Para se calcular a precisão do sistema, multiplica-se
o resultado acima pelo valor do DOP mostrado no receptor
GPS. Em boas condições, o DOP varia
de 3 a 7. Assim, a precisão de um bom receptor
num dia típico será:
De 3x390cm a 7x390cm ou seja, de 10 a 30 metros, aproximadamente.
ASPECTOS
TÉCNICOS DO GPS RASTREAMENTO DOS SATÉLITES
Um receptor rastreia um satélite pela recepção
de seu sinal. Sinais de apenas quatro satélites
são necessários para obtenção
de uma posição fixa tridimensional,
mas é desejável um receptor que rastreie
mais de quatro satélites simultaneamente. Como
o usuário se desloca, o sinal de algum satélite
pode ser bloqueado repentinamente por algum obstáculo,
restando satélites suficientes para orientá-lo.
A maioria dos receptores rastreia de 8 a 12 satélites
ao mesmo tempo.
Um receptor não é melhor que outro por
rastrear mais satélites. Rastrear satélites
significa conhecer suas posições. Não
significa que o sinal daquele satélite está
sendo usado no cálculo da posição.
Muitos receptores calculam a posição
com quatro satélites e usam os sinais do quinto
para verificar se o cálculo está correto.
CANAIS
Os receptores não funcionam acima de determinada
velocidade de deslocamento. O número de canais
determina qual a velocidade máxima de uso.
Mais canais não significa necessariamente maior
velocidade. O número de canais não é
fator importante na escolha do receptor, e sim, sua
velocidade de operação.
Depois que os sinais são captados pela antena,
são direcionados para um circuito eletrônico
chamado canal, que reconhece os sinais de diferentes
satélites. Um receptor com um canal lê
o sinal de cada satélite sucessivamente, até
receber os sinais de todos os satélites rastreados.
A técnica é chamada "time multiplexing".
Leva menos de um segundo para processar os dados e
calcular a posição. Um receptor com
mais de um canal é mais rápido, pois
os dados são processados simultaneamente.
ANTENAS
A antena recebe os sinais dos satélites. Como
os sinais são de baixa intensidade, as dimensões
da antena podem ser muito reduzidas. Receptores portáteis
utilizam um dos dois tipos:
" Quadrifilar helix - formato retangular; localização
externa; giratória; detecta melhor satélites
localizados mais baixos no horizonte.
" Patch (microstrip) - Menor que a helix; localização
interna; pode detectar satélites na vertical
e a 10° acima do horizonte.
ANTENAS EXTERNAS
Podem ser conectadas através de uma extensão
à maioria dos receptores. Alguns receptores
possuem antena destacável, permitindo melhor
uso a bordo de veículos. Se você for
comprar uma antena externa, escolha uma 'ativa' que
amplifica os sinais antes de enviá-los para
o receptor. Ao construir uma extensão, opte
por encurtar o cabo o máximo possível
para diminuir a perda do sinal.
ENTRADA DE DADOS
Receptores GPS são projetados para serem compactos,
não possuindo teclado alfa-numérico.
Todos os dados são digitados uma letra ou número
ou símbolo por vez. Se o receptor não
permitir rápida mudança de caracteres,
NÃO COMPRE.
Se você quer usar o receptor associado a outro
equipamento, opte por um com essa capacidade. Embora
a maioria dos receptores possa enviar dados para equipamentos
periféricos, nem todos podem receber dados.
APLICAÇÕES DE ENTRADA E SAÍDA
DE DADOS
Alguns equipamentos apenas recebem informações
de um receptor GPS. Os dados são continuamente
enviados para o equipamento acoplado ao receptor,
que os utiliza para outras finalidades, tais como:
" Mapa dinâmico: o receptor envia a posição
para um computador portátil que a visualiza
através de um ícone sobre um mapa da
região.
" Piloto automático: o receptor alimenta
continuamente um piloto automático com dados
atualizados, que os utiliza para ajustar a direção
e permanecer no curso.
" Registro automático de dados: transferência
dos dados obtidos durante o deslocamento para a memória
do equipamento acoplado ao receptor.
O receptor deve usar uma linguagem que o equipamento
a ele associado possa entender. Existe uma linguagem
padrão para equipamentos de navegação
chamada: Protocolo NMEA - National Maritime Eletronics
Association. Existem diferentes formatos de protocolos,
então verifique se o receptor e o equipamento
usam o mesmo formato. Os mais comuns são: 180;
182; 183 versão 1,5; 183 versão 2,0.
A maioria dos receptores tem saída NMEA de
dados.
O receptor pode também receber dados do computador.
Os usos comuns são:
" Transferência de pontos, trilhas ou rotas
plotados no computador para o receptor;
" Transferência dos dados armazenados no
receptor para o computador, liberando a memória
do receptor;
" Transferência das coordenadas de um ponto
selecionadas em um mapa na tela de um computador para
o receptor;
Plotar pontos no receptor pode ser cansativo devido
à ausência de teclado alfa-numérico.
Um editor permite a entrada de dados rápida
e facilmente. Os dados são digitados no teclado
do computador e transferidos depois para o receptor.
Outra maneira de plotar os pontos no computador é
usar um mapa da área na tela e selecionar os
pontos a serem plotados com um mouse. O computador
transfere automaticamente as coordenadas dos pontos
para o receptor.
O uso associado do receptor ao computador portátil
requer um programa específico. O programa TrackMaker,
desenvolvido e disponibilizado gratuitamente por Odilon
Ferreira Jr através do endereço eletrônico
www.gpstm.com.br , permite interface com diferentes
modelos de várias marcas de receptores e é
genialmente simples.
Nem todos os receptores são projetados para
receber dados. Existem três linguagens utilizadas
nos receptores com essa capacidade: NMEA; ACS II (formato
de texto de um PC comum; e Proprietary (linguagens
desenvolvidas pelos próprios fabricantes).
Poucos receptores portáteis recebem dados NMEA.
Alguns recebem dados ACS II e podem ser conectados
diretamente ao computador RS 232. A maioria dos receptores
apenas recebem dados no formato projetado pelo fabricante.
Algumas companhias querem limitar programas feitos
por terceiros para seus receptores e se recusam a
revelar o formato usado. Se você quer usar seu
receptor associado a outros equipamentos, verifique
a compatibilidade das linguagens empregadas.
DGPS - DIFFERENTIAL GPS (GPS Diferencial)
O GPS Diferencial - DGPS - é um processo que
permite ao usuário civil obter uma precisão
de 2 cm a 5 m, pelo processamento contínuo
de correções nos sinais. As correções
são transmitidas em Freqüência Modulada
ou via satélite e são disponíveis
em alguns países através de serviços
de subscrição taxados. Podem também
ser transmitidas por um segundo receptor ou por faróis
de navegação localizados num raio de
100 km do usuário. Em ambos os casos, é
necessário ter uma antena receptora DGPS conectada
ao receptor GPS convencional.
SOBRE MAPAS E CARTAS:
Em 1949 a Organização da Nações
Unidas reconhecia em seus anais:
"CARTOGRAFIA: no sentido lato da palavra, não
é apenas uma das ferramentas básicas
do desenvolvimento econômico, mas é a
primeira ferramenta a ser usada antes que outras ferramentas
possam ser postas em trabalho."
O conceito de Cartografia tem suas origens na inquietação
do ser humano em conhecer o mundo que habita. O vocábulo
introduzido em 1839 continha na sua concepção
inicial a idéia do traçado de mapas,
a despeito de seu significado etmológico -
descrição de cartas. Com o passar do
tempo, Cartografia passou a significar a ciência,
a técnica e a arte de representar a superfície
terrestre.
TIPOS DE REPRESENTAÇÕES CARTOGRÁFICAS
GLOBO - Representação sobre uma superfície
esférica, em escala pequena, dos aspectos naturais
e artificiais de uma figura planetária.
MAPA - Representação no plano, em escala
pequena, dos aspectos geográficos, naturais,
culturais e artificiais de determinada área
destinada aos mais variados usos.
CARTA - Representação no plano, em escala
média ou grande, dos aspectos artificiais e
naturais de determinada área, subdividida em
folhas articuladas de maneira sistemática.
PLANTA - É um caso particular de carta. A área
é muito limitada e a escala é grande.
ESCALA
É a relação entre a medida de
um objeto ou lugar representado e sua medida real.
Um modelo de avião na escala 1:72 significa
que 1 cm medido no modelo equivale a 72 cm do avião
real. Um mapa na escala 1:1.000.000 significa que
1cm lido no mapa equivale a 1.000.000 de cm (ou 10
km) da distância real.
A escala pode ser representada graficamente na folha
por uma linha reta graduada. A Escala Gráfica
permite transformar as dimensões lidas em dimensões
reais sem necessidade de cálculos.
Os detalhes representados numa carta ou num mapa podem
ser:
" Naturais: Elementos existentes na natureza
como os rios, mares, lagos, montanhas, serras, etc.
" Artificiais: Elementos criados pelo ser humano
como represas, estradas, pontes, edifícios,
etc.
Determinados detalhes, dependendo da escala, não
permitem uma redução acentuada na representação
pois ficariam imperceptíveis. No entanto, por
sua importância, devem ser representados nos
documentos cartográficos. A utilização
de símbolos cartográficos convencionais
permite representar de modo mais expressivo os diversos
acidentes do terreno e objetos topográficos
em geral. Toda carta ou mapa traz uma legenda dos
símbolos usados.
As aplicações das cartas topográficas
variam de acordo com sua escala.
De 1:1.000 a 1:25.000 - Folhas cadastrais, utilizadas
para representar regiões metropolitanas com
alta densidade de edificações em escala
grande e muito detalhada.
1:25.000 - Representa cartograficamente áreas
específicas, com forte densidade demográfica.
Cobertura nacional: 1,01%
1:50.000 - Retrata cartograficamente zonas densamente
povoadas, tendo sido cobertos 13,9% do território
nacional, principalmente das regiões Sul e
Sudeste.
1:100.000 - Representa áreas priorizadas para
investimentos governamentais e 75,39% do território
já foram cobertos.
1:250.000 - Permite o planejamento regional e projetos
envolvendo o meio ambiente. Restam 19,28% do território
nacional para serem cobertos.
1:500.000 - Cartas de uso aeronáutico confeccionadas
nos EUA. Cobrem todo o Brasil.
1:1.000.000 - 'Carta Internacional do Mundo ao Milionésimo'
- Representa toda a superfície terrestre e
fornece subsídios para estudos e análises
de aspectos gerais e estratégicos do continente.
Um conjunto de 46 cartas cobre completamente o território
brasileiro.
CARTAS ESPECIAIS
São cartas, mapas ou plantas muito específicas
destinadas a atender uma determinada comunidade técnica
ou científica.
Náuticas: Elaboradas e mantidas atualizadas
pela Diretoria de Hidrografia e Navegação
- DHN - do Ministério da Marinha, representam
as profundidades, a natureza do fundo do mar, as curvas
batimétricas, bancos de areia, recifes, bóias,
as marés e as correntes de determinada área.
Aeronáuticas: Representam, além dos
aspectos cartográficos, informações
suplementares necessárias à navegação
aérea, pilotagem ou planejamento de operações
aéreas.
Militares: Elaboradas pelo Ministério do Exército
geralmente na escala 1:25.000, são muito detalhadas
e utilizadas em operações militares.
Cartas-Imagem: São derivadas de imagens dos
satélites SPOT e LANDSAT, corrigidas com alta
precisão, no formato de folhas de carta. Apresentam
vantagens no Inventário de Recursos Naturais,
Planejamento e Gerenciamento do uso da terra e outras
aplicações em áreas onde as cartas
tradicionais estão desatualizadas ou não
existem.
ELEMENTOS DE REPRESENTAÇÃO
As convenções cartográficas abrangem
símbolos que representam os diversos acidentes
do terreno e objetos topográficos em geral,
ressaltados de acordo com a importância do acidente
e as aplicações da carta.
Os símbolos utilizados para representar os
elementos hidrográficos, a vegetação,
as unidades político-administrativas, as localidades,
o sistema viário, as linhas de comunicação
e linhas limites e áreas especiais estão
especificados na legenda da folha.
A representação do relevo do terreno
e dos elementos altimétricos, dos oceanos e
de suas curvas batimétricas introduz alguns
conceitos novos:
ELEMENTOS ALTIMÉTRICOS
As cartas topográficas apresentam vários
pontos de controle:
Ponto Trigonométrico: vértice de uma
figura, cuja posição é determinada
através de medições e observações
acuradas. Serve de base para o estabelecimento do
referencial físico e geométrico necessário
ao posicionamento dos elementos que compõem
a paisagem territorial.
Referência de Nível: ponto de controle
vertical, estabelecido num marco de caráter
permanente, cuja altitude foi determinada em relação
a um DATUM vertical. Em geral é constituído
pelo nome do ponto, o número da referência,
a altitude e o nome do órgão responsável.
Ponto Astronômico: ponto que tem a latitude,
a longitude e o azimute de uma direção
determinados.
Ponto Barométrico: ponto que tem a altitude
determinada através do uso de um barômetro.
Cota Não Comprovada: altitude determinada por
métodos de levantamento terrestre não
comprovados ou por leitura fotogramétrica repetida.
Cota Comprovada: Altitude estabelecida no campo, através
de nivelamento geométrico de precisão
ou qualquer método que assegure precisão.
CURVAS DE NÍVEL
São linhas imaginárias do terreno. Os
pontos da mesma linha têm a mesma altitude,
acima ou abaixo de uma determinada superfície
de referência, geralmente o nível médio
do mar. É o método por excelência
para representar o relevo terrestre e permite a leitura
aproximada da altitude em qualque parte da carta.
Para facilitar a leitura, em determinados intervalos
altimétricos as curvas são apresentadas
com traço mais grosso e chamadas de 'mestras'.
A curva mestra é a quinta curva dentro da eqüidistância
normal.
Em relevos simétricos, as curvas de nível
tendem a ser paralelas entre si. Cada curva de nível
se fecha sobre si mesma e todos os seus pontos se
encontram na mesma elevação. Elas nunca
se cruzam, podendo se tocar em saltos d'água
ou despenhadeiros. Como regra geral, as curvas de
nível cruzam os cursos d'água em forma
de 'V', com o vértice apontando para a nascente.
As curvas de nível indicam se o terreno é
plano, ondulado, montanhoso, íngreme ou de
declive suave. Elas são eqüidistantes,
isto é, a distância vertical - o desnível
entre as curvas é constante e varia de acordo
com a escala da carta. A eqüidistância
é alterada quando se representa área
predominantemente plana como a Amazônia, onde
pequenas altitudes são de grande importância,
ou quando o detalhe é muito escarpado e a representação
de todas as curvas dificultaria a leitura.
ESCALA EQÜIDISTÂNCIA CURVAS MESTRAS
1:25.000 10 m 50 m
1:50.000 20 m 100 m
1:100.000 50 m 250 m
1:250.000 100 m 500 m
1:500.000 100 m 500 m
1:1.000.000 100 m 500 m
REDE DE DRENAGEM
Controla a forma geral da topografia do terreno e
serve de base para o traçado das curvas de
nível. É constituída por:
Rio: Curso d'água natural que deságua
em outro rio, lago ou mar. Seu curso estende-se do
ponto mais alto (nascente ou montante) até
o ponto mais baixo (foz ou jusante).
De acordo com a hierarquia e o regionalismo, recebe
um nome genérico diferente: córrego,
ribeirão, lajeado, sanga, arroio, igarapé,
etc.
Talvegue: Canal de maior profundidade ao longo de
um curso d'água.
Bacia Hidrográfica: Conjunto de terras drenadas
por um rio principal e seus afluentes. Se limita com
outra bacia pelo divisor de águas.
Divisor de Águas: Linha que passa pelos pontos
mais elevados do terreno e ao longo do perfil mais
alto entre eles, dividindo as águas de um e
outro curso.
Lago: Depressão do relevo coberta de água.
Morro: Elevação natural do terreno com
altura de até 300 metros.
Montanha: Grande elevação natural do
terreno, com altura superior a 300 metros, constituída
por uma ou mais elevações.
Serra: Cadeia de montanhas.
Encosta ou Vertente: Declividade apresentada pelo
morro, montanha ou serra.
Pico: Ponto mais elevado de um morro, montanha ou
serra.
CORES HIPSOMÉTRICAS E CORES BATIMÉTRICAS
Nas cartas em escalas pequenas, além das curvas
de nível, são utilizadas cores diferentes
e diversas tonalidades para a representação
das faixas de determinadas altitudes, facilitando
assim a visualização do relevo.
A altimetria do terreno - relevo com cota positiva
ou acima do nível do mar - é representada
pelas cores verde, amarela, laranja, sépia,
rosa e branca e suas tonalidades. São chamadas
cores hipsométricas e o verde representa baixas
altitudes enquanto o branco representa altitudes acima
de 6.000 metros.
Para as cores batimétricas - relevo com cota
negativa ou abaixo do nível do mar - usa-se
o azul e suas tonalidades. O azul claro representa
profundidade pequena e o azul escuro oceano muito
profundo.
RELEVO SOMBREADO
É uma modalidade da representação
do relevo, constituída de sombras contínuas
sobre certas vertentes dando a impressão de
saliências iluminadas e reentrâncias não
iluminadas. Uma fonte de luz imaginária é
colocada à noroeste, num ângulo de 45°
com o plano da carta, de forma que as sombras sobre
as vertentes fiquem voltadas para o sudeste.
PERFIL TOPOGRÁFICO
É a representação cartográfica
de uma seção vertical da superfície
terrestre. Numa linha de corte ou básica, marcam-se
suas intersecções com as curvas de nível,
cotas de altitude, rios, picos e outros pontos definidos.
O desenho do contorno dos pontos obtidos plotados
numa escala vertical permite a visualização
do perfil do terreno.
NOMENCLATURA DAS FOLHAS
Tem origem nas folhas ao Milionésimo e se aplica
a todas as folhas de cartas do mapeamento sistemático
(escalas de 1:1.000.000 a 1:25.000).
A distribuição geográfica das
folhas ao Milionésimo foi obtida com a divisão
de um modelo esférico da Terra em 60 fusos
de amplitude 6° , numerados a partir do fuso 180°
W - 174° W no sentido Oeste-Leste. Cada fuso está
subdividido a partir da linha do Equador em 21 zonas
de 4° de amplitude para o Norte e 21 para o Sul.
Uma folha ao Milionésimo pode ser acessada
por um conjunto de três caracteres:
1. Letra N ou S - Indica se a folha está ao
Norte ou ao Sul do Equador.
2. Letras de A até U - Cada letra se associa
a um intervalo de 4° de latitude se desenvolvendo
a Norte e a Sul do Equador e indica a latitude limite
da folha. A faixa compreendida entre as latitudes
8° e 4° Norte recebe a letra B e passa pelo
extremo norte do Brasil. A maior parte de Minas está
associada à letra E e o Rio Grande do Sul à
letra H.
3. Números de 1 a 60 - Indicam o número
de cada fuso que contém a folha. O Brasil é
coberto por oito fusos; do fuso 18 que passa por parte
do Acre e do Amazonas ao fuso 25 que cobre parte do
Nordeste e Fernando de Noronha.
4. A carta 1:1.000.000 é subdividida em 4 cartas
1:500.000, que são identificadas pelas letras
V, X, Y ou Z, sendo que a carta V é a do canto
superior esquerdo e a seqüência obedece
o sentido horário.
5. Da mesma forma, a carta 1:500.000 é subdividida
em 4 cartas 1:250.000, identificadas pelas letras
A, B, C ou D.
6. Assim, a carta 1:250.000 é subdividida em
6 cartas 1:100.000 identificadas pelos algarismos
romanos de I a VI.
7. A subdivisão da carta 1:100.000 em 4 cartas
1:50.000 que recebem como identificação
os números 1, 2, 3 ou 4.
8. A carta 1:50.000 é subdividida em 4 cartas
1:25.000, que são identificadas pelas siglas
NO (noroeste), NE (nordeste), SO (sudoeste) ou SE
(sudeste).
A convenção permite localizar uma carta
no globo terrestre através de sua nomenclatura.
SISTEMAS DE COORDENADAS
São padrões de quadrados e retângulos
superpostos aos mapas que permitem identificação
de todo e qualquer ponto. O sistema mais usado que
cobre o mundo todo é o LATITUDE/LONGITUDE.
Usa-se como referências a Linha do Equador -
que divide a Terra em Hemisfério Norte (N)
e Hemisfério Sul (S) - e a linha que passa
pelos polos e pela cidade inglesa de Greenwich (Meridiano
de Greenwich) - que divide a Terra em Hemisfério
Oeste (W, de West) e Hemisfério Leste (E, de
East). As linhas imaginárias paralelas à
do Equador são chamadas de Paralelos de Latitude
e suas perpendiculares, de Meridianos de Longitude.
Convencionou-se que a linha do Equador é a
linha 0º de Latitude e o meridiano de Greenwich,
a linha 0º de Longitude. O meridiano oposto,
a 180º, é chamado de "International
Date Line" (Linha Internacional de Mudança
de Data). O Polo Norte está na Latitude 90º
Norte e o Sul, na 90º Sul. P último pedido
de socorro do Titanic partiu das coordenadas localizadas
no paralelo de latitude 41º e 45' acima do Equador
(Hemisfério Norte) e no meridiano de longitude
a 050º e 14' a oeste de Greenwich (Hemisfério
Oeste). Assim, no sistema LAT/LONG, suas coordenadas
eram: N 41º 45' W 050º14'.
COORDENADAS UTM - Universal Transversa de Mercator
A genialidade da grade UTM está na facilidade
e precisão que ela permite na leitura de mapas
muito detalhados. Gerardus Mercator, cartógrafo
belga do século XVI, não imaginava o
alcance da projeção elaborada por ele.
A grade UTM divide o mundo em 60 zonas de 6º
de largura. A zona número 1 começa na
longitude oeste 180º (W 180º=E180º).
Continuam em intervalos de 6º até a zona
de número 60. Cada zona é projetada
num plano e perde sua característica esférica.
Assim suas coordenadas são chamadas "falsas".
A distorção produzida pela projeção
limita o mapa à área compreendida entre
as latitudes N 84º e S 80º. A grade UTM
não inclui necessariamente letras na sua designação.
A letra 'U', usada como referência pelo Sistema
Militar Americano (U. S. Military Grid System), designa
a região compreendida entre as latitudes N
48º e N 56º. Letras em ordem alfabética
- de sul para norte - são usadas para designar
seções de 8º, de forma a coincidir
a seção 'U 'entre as referidas latitudes.
Alguns receptores usam essa notação,
outros apenas indicam se as coordenadas estão
acima ou abaixo do Equador.
Cada zona tem sua referência vertical e horizontal.
A linha de longitude que divide uma zona de 6º
em duas metades é chamada de 'zona meridiana'.
Por exemplo, a zona 1 é limitada pelas linhas
de longitude W 180º e W 174º, então
sua zona meridiana é a linha de longitude W
177º. A zona meridiana é sempre definida
como 500.000 m. As coordenadas horizontais maiores
ou menores que 500.000 m se localizam a leste ou oeste
da zona meridiana, respectivamente. O valor de uma
coordenada horizontal avalia sua distância -
em metros - da zona meridiana. A coordenada 501.560
está a 1.560 m a leste da zona meridiana; a
485.500 está a (500.000 - 485.500) = 14.500
m a oeste da zona meridiana. As coordenadas horizontais
crescem para leste e decrescem para oeste. As coordenadas
verticais são medidas em relação
ao Equador, que é cotado como a coordenada
0.000.000 m de referência para o Hemisfério
Norte ou como a coordenada 10.000.000 m de referência
para o Hemisfério Sul. A coordenada vertical
de uma localidade acima da Linha do Equador é
sua distância - em metros - ao Equador. A coordenada
vertical 5.897.000 significa que o ponto está
a 5.897,0 m acima do Equador. Se o ponto estiver abaixo
do Equador, a distância é calculada subtraindo-se
o valor da coordenada do valor de referência
para o Hemisfério Sul (10.000.000 - 5.897.000
= 4.103,0 m).
Como a mesma coordenada vertical pode ser associada
a duas localidades distintas, uma acima e outra abaixo
do Equador, é necessário indicar em
qual hemisfério se localiza para identificá-la.
DATUM DE UMA CARTA GEOGRÁFICA
As cartas geográficas são confeccionadas
de forma que todos os pontos estão a determinada
distância de um ponto de referência padrão
chamado DATUM. Antigamente cada país escolhia
independentemente seu próprio DATUM. Resultava
que as mesmas localidades tinham diferentes coordenadas
em cartas de diferentes países.
O GPS tem seu próprio DATUM chamado WGS 84
- World Geodetic System 1984. Todos os receptores
podem usá-lo como referência.
Obtém-se maior precisão quando o receptor
é configurado com o mesmo datum da Carta Geográfica
disponível. A opção Córrego
Alegre, utilizada como referência nas cartas
do IBGE, consta da lista dos DATA opcionais para configuração
do GPS.
GRADE MAIDENHEAD e GRADE TRIMBLE:
A grade MAIDENHEAD é usada por operadores de
rádio amador. Divide o mundo em grades de 20º
de longitude por 10º de latitude, que são
identificadas por duas letras, AA - RR. As grades
são subdivididas em áreas de 2º
x 1º e rotuladas com 2 números, 00 - 99.
As áreas são novamente subdivididas
em subáreas de 5' de longitude por 2,5' de
latitude e rotuladas com letras, AA - XX. Uma coordenada
Maidenhead é coisa do tipo EM 18 BX..
A grade TRIMBLE é uma extensão da grade
Maidenhead, que torna-a mais acurada e utilizável
em receptores GPS. Uma sub-área Maidenhead
pode cobrir uma área de até 8,9 km x
4,8 km. Um receptor pode reconhecer áreas muito
menores que esta, então a grade TRIMBLE subdividiu
a sub-área ainda mais, adicionando um par de
números (00 - 99) e letras (AA - YY) ao formato
Maidenhead. A coordenada fica então AQ 57 DK
23 SU , por exemplo. Receptores TRIMBLE são
úteis para quem precisa de coordenadas Maidenhead,
pois podem converter qualquer grade em Maidenhead.
O IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
- mantém uma loja virtual, acessada através
do endereço www.ibge.gov.br, destinada a vender
cartas, mapas, e outros produtos.
O IGA - Instituto de Geociências Aplicadas -
de Belo Horizonte, mantém um acervo de cartas
e mapas de Minas Gerais e informações
sobre a compra de cartas e de cópias coloridas
ou escaneadas podem ser obtidas pelo telefone (31)
3213 29 12.
A Casa dos Mapas, também de Belo Horizonte,
tem cartas de todo o Brasil e o telefone é
(31) 3212 50 02.
A utilização da carta topográfica
associada ao GPS é uma poderosa ferramenta
de localização e navegação.
RECEPTORES GPS
Existem receptores de diversos fabricantes disponíveis
no mercado, desde os portáteis - pouco maiores
que um maço de cigarros - que custam pouco
mais de 100 dólares, até os sofisticados
computadores de bordo de aviões e navios, passando
pelos que equipam muitos carros modernos. Além
de receber e decodificar os sinais dos satélites,
os receptores são verdadeiros computadores
que permitem várias opções de:
referências; sistemas de medidas; sistemas de
coordenadas; armazenagem de dados; troca de dados
com outro receptor ou com um computador; etc. Alguns
modelos têm mapas muitos detalhados em suas
memórias. Uma pequena tela de cristal líquido
e algumas teclas permitem a interação
receptor/usuário.
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DE UM RECEPTOR
" Permitem armazenar pontos em sua memória,
através de coordenadas lidas em uma carta,
obtidas pela leitura direta de sua posição
ou através de reportagens ou livros especializados
que as publiquem.
" Os pontos plotados na memória podem
ser combinados formando rotas que, quando ativadas,
permitem que o receptor analise os dados e informe,
por exemplo: tempo, horário provável
de chegada e distância até o próximo
ponto; tempo, horário provável de chegada
e distância até o destino; horário
de nascer e do por do Sol; rumo que você deve
manter para chegar ao próximo ponto de sua
rota e muito mais. A função ROTA é
importante porque permite que o receptor guie o usuário
do primeiro ponto ao próximo e assim sucessivamente
até o destino. Quando você atinge um
ponto, o receptor busca o próximo - sem a interferência
do operador - automaticamente. A função
GO TO é similar, sendo o ponto selecionado
o próprio destino.
" Grava na memória seu deslocamento, permitindo
retraçar seu caminho de volta ao ponto de partida.
Pode-se avaliar sua utilidade em barcos, caminhadas
e uso fora-de-estrada.
" Os receptores instalados nos carros dos países
onde existem mapas digitalizados - computadores de
bordo - trazem em sua memória mapas detalhados
de cidades e endereços úteis como restaurantes,
shoppings, hotéis, etc. Um menu permite ao
motorista ativar automaticamente uma rota até
o ponto desejado, seja outra cidade, outro bairro
ou um endereço específico. (No Brasil,
provavelmente a General Motors sairá na frente
na oferta desse opcional, no carro a ser produzido
em sua unidade do Rio Grande do Sul. A filial da Mannesmann
VDO AG., fabricante alemã desse equipamento,
está sondando empresas especializadas para
fazerem o mapeamento digitalizado das cidades brasileiras
com mais de 100.000 habitantes.
APLICAÇÕES
Além de sua aplicação óbvia
na aviação geral e comercial e na navegação
marítima, qualquer pessoa que queira saber
sua posição, encontrar seu caminho para
determinado local (ou de volta ao ponto de partida),
conhecer a velocidade e direção de seu
deslocamento pode se beneficiar com o sistema. A comunidade
científica o utiliza por seu relógio
altamente preciso. Durante experimentos científicos
de coleta de dados, pode-se registrar com precisão
de micro-segundos (0,000001 segundo) quando a amostra
foi obtida. Naturalmente a localização
do ponto onde a amostra foi recolhida também
pode ser importante.
Agrimensores diminuem custos e obtêm levantamentos
precisos mais rapidamente com o GPS. Unidades específicas
têm custo aproximado de 3.000 dólares
e precisão de 1 metro, mas existem receptores
mais caros com precisão de 1 centímetro.
A coleta de dados por estes receptores é bem
mais lenta.
Guardas florestais, trabalhos de prospecção
e exploração de recursos naturais, geólogos,
arqueólogos, bombeiros, são enormemente
beneficiados pela tecnologia do sistema. O GPS tem
se tornado cada vez mais popular entre ciclistas,
balonistas, pescadores, ecoturistas ou por leigos
que queiram apenas planejar e se orientar durante
suas viagens.
Com a popularização do GPS, um novo
conceito surgiu na agricultura: a agricultura de precisão.
Uma máquina agrícola dotada de receptor
GPS armazena dados relativos à produtividade
em um cartão magnético que, tratados
por programa específico, produz um mapa de
produtividade da lavoura. As informações
permitem também otimizar a aplicação
de corretivos e fertilizantes. Lavouras americanas
e européias já utilizam o processo que
tem enorme potencial em nosso país.
LIMITAÇÕES
A leitura da altitude fornecida pelo receptor também
é afetada pelo erro do sistema. Porém,
um erro de 10 metros numa dimensão de 100;
200 ou 500 metros é proporcionalmente muito
grande e perigosa, dependendo da atividade desenvolvida.
Os sinais dos satélites não penetram
em vegetação densa, vales estreitos,
cavernas ou na água. Montanhas altas ou edifícios
próximos também afetam sua precisão.
Para o uso automotivo, deve-se providenciar uma extensão
para fixar a antena externamente ou posicionar o receptor
junto ao pára-brisas.
É importante que o receptor utilize pilhas
comercializadas no nosso mercado e que tenha como
acessório um adaptador para ligá-lo
no acendedor de cigarros do veículo.
Para o uso em ambiente marinho, é fundamental
que o receptor seja a prova d'água para evitar
corrosão em seus componentes.
ESCOLHA DO RECEPTOR
O ítem mais importante é definir a aplicação
básica que você terá para um receptor
GPS. Identifique então os modelos disponíveis
no mercado e liste-os sob a forma de uma tabela comparativa
contendo preços, características principais
e acessórios disponíveis. Acessórios
ou características supérfluas à
sua aplicação encarecem desnecessariamente
o modelo a ser adquirido.
Um receptor portátil para o uso geral de excelente
relação custo/benefício é
o modelo GPS III PLUS fabricado pela GARMIN (www.garmin.com).
Vem de fábrica com um mapa bastante detalhado
implantado na memória; funciona com 4 pilhas
tamanho AA - autonomia de mais de 30 horas - ou conectado
ao acendedor de cigarros - aceita variação
de 10 a 32 Volts na alimentação; sua
memória tem capacidade de gravar até
500 pontos e 20 rotas diferentes e registra seu deslocamento
automaticamente. Permite entrada/saída de dados
para outros equipamentos e custa aproximadamente 300
dólares nos EUA. Existe um modelo específico
para as Américas e o modelo PILOT, mais caro,
para o uso em aviação.
Informações sobre cursos de operação
de GPS e de manuseio de cartas topográficas
podem ser obtidas no Clube Mineiro de Balonismo através
do telefone (31) 3575 5335.
GLOSSÁRIO
ALMANAQUE - Informações de localização
(constelação) e status dos satélites
transmitida por cada satélite e coletada pelo
receptor.
AZIMUTE - O ângulo formado entre a direção
Norte-Sul e a direção de um objeto considerado,
contado a partir do Polo Norte, variando de 0°
a 360° no sentido horário.
DIREÇÃO - A direção do
deslocamento, medida em graus, baseada na convenção
que considera o operador/receptor no centro de um
círculo imaginário, estando o Norte
a 0º/360º e o Sul a 180º.
RUMO - A direção pretendida de movimento.
CURSO - É o ângulo formado entre a direção
do destino e a direção Norte-Sul, medida
em graus.
COORDENADAS - Descrição única
de uma posição geográfica, usando
caracteres numéricos ou alfa-numéricos.
NORTE VERDADEIRO ou de GAUSS - A direção
do Polo Norte.
NORTE MAGNÉTICO - A direção apontada
pela agulha da bússola magnética.
DECLINAÇÀO MAGNÉTICA - A diferença,
em graus, entre o norte magnético e o verdadeiro.
POSIÇÀO - Uma localização
geográfica na superfície da Terra.
NAVEGAÇÀO - Ato de determinar o curso
e a direção do deslocamento.
ROTA - Um curso planejado de viagem definido por uma
seqüência de pontos.
PERNA - Distância de um ponto de uma rota ao
próximo ponto de referência.
POSIÇÀO FIXA - Coordenadas de posição
computadas pelo receptor GPS
S.A. - Selective Availability ( Disponibilidade Seletiva)
- O erro aleatório que o Departamento de Defesa
dos EUA introduz deliberadamente nos sinais do Sistema
para degradar sua precisão, onde e quando desejar.
DILUIÇÃO DE PRECISÃO - DOP (Dilution
Of Precision) - Também conhecida como GDOP
(Geometric DOP), é o fator que determina a
precisão obtida devido à geometria dos
satélites. Quanto menor a DOP, melhor a precisão.
AUTOR: Miguel Gorgulho "Apostila GPS" -
última atualização 22/07/2002.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
GPS Made Easy - Letham, Lawrence - Canadá -
l996
The Story of Americo Vespucci - Alper, Ann F. - 1991
Apostila sobre GPS - Thorton, Jonathan - S. Paulo
- SP - 1997
Manual de Operação do receptor GPS III,
fabricado pela Garmin.
GPS - Um Guia de Utilidade - Hurn, Jeff - TRIMBLE
NAVIGATION LIMITED
Noções Básicas de Cartografia
- Manual Técnico do IBGE - 1999
SUA
OPINIÃO