Como calcular a precisão de uma Coordenada Geográfica

POR: CARLOS EDUARDO FALCONI

INTRODUÇÃO

É importante que todo piloto saiba a precisão necessária ao seu planejamento, a fim de escolher o tipo correto de notação das coordenadas geográficas. Veremos a seguir alguns conceitos básicos para se definir esta precisão.
A RELAÇÃO ENTRE COORDENADAS E DISTÂNCIA

A Terra, para efeito de estudos, pode ser considerada uma esfera perfeita, embora se saiba que tem um achatamento nos pólos de aproximadamente 40 km. O diâmetro da Terra, segundo dados oficiais da ICAO (Organização da Aviação Civil Internacional), é de 12.733,4 quilômetros no Equador. Assim, para se achar seu raio, basta dividir o diâmetro por 2, obtendo-se um raio de 6.366,7 quilômetros.

Pela teoria matemática, o perímetro (o comprimento) de um círculo é calculado pela fórmula 2 x pi x raio; assim, temos: perímetro = 2 x 3,1416 x 6.366,7 = 40.003,2 Km.

Dividindo-se o perímetro pelos 360º da circunferência da Terra, chega-se à conclusão de que cada grau de curvatura terrestre tem 111,12 quilômetros.

Como cada grau tem 60 minutos, dividindo-se este último valor por 60 obtemos o valor de 1,852 quilômetros.

A este valor foi dado o nome de milha náutica (NM).

Assim, fica fácil perceber que 1 NM é igual a 1 minuto da circunferência terrestre. Do mesmo modo, 60 NM equivalem a 1 grau da circunferência terrestre.


PRECISÃO

Sabendo-se a relação entre graus de arco e medidas de distância, como visto anteriormente, utilizando regras de três simples podemos abstrair a seguinte tabela:



Podemos calcular agora a diferença entre duas latitudes, para saber sua precisão.

Por exemplo, qual a diferença de precisão entre as duas coordenadas: 03º 20’ 16,44” N e 03º 20’ 16” N.

Basta calcular, no caso, a DLA (diferença de latitude) entre elas, ou seja: 0,44 segundos.

Assim, 0.44 x 30,87 metros = 13,58 metros.

Esta é a diferença entre usar a casa dos centésimos no segundo ou arredondar este valor.

Como o arredondamento máximo na casa centesimal do segundo é de 0,5 a maior diferença seria 0,5 x 30,87, ou seja, 15,44 metros.

Caso a coordenada seja utilizada para planejar um vôo entre duas localidades, este valor não faz diferença; no entanto, caso se pretenda uma aproximação para o alinhamento de uma pista, por exemplo, esta precisão se faz necessária, pois a aproximação corre o risco de ser feita 15 metros à direita ou à esquerda da pista.

Da mesma maneira, em aplicações mais específicas, até mesmo a casa centesimal não resolve o problema, como no caso de aplicações de engenharia civil ou militares.

Assim, podemos calcular, por exemplo, quantas casas decimais de segundos seriam necessárias para se ter a precisão de 1 cm.

Se 1 segundo = 30,87 metros, transformando metros para centímetros, teremos que 1 segundo = 3.086,67 cm.

Dividindo-se 1 metro por este valor, teremos o valor de 1 segundo de arco igual a 0,000323974 segundos, ou seja, seriam necessárias 9 casas decimais na indicação do segundo para se conseguir medir valores em centímetros.

A NASA chega a utilizar equipamentos de GPS com precisão de 20 casas decimais, dando precisão milimétrica às coordenadas geográficas. Obviamente, utilizando sistemas extremamente caros para conseguir esta precisão em velocidade adequada.

Os modernos equipamentos GPS que integram as aeronaves têm precisão, geralmente, de 2 ou 3 casas decimais no segundo, o que equivale à precisão de 15 metros ou 3 metros.

Muito cuidado ao utilizar qualquer tipo de GPS para a navegação aérea. Sempre verifique que tipo de precisão este equipamento pode oferecer.

Calculando distâncias e direções utilizando Coordenadas Geográficas

POR: CARLOS EDUARDO FALCONI

INTRODUÇÃO

Antes de iniciar este estudo, é preciso relembrar os conceitos de DLA (diferença de latitude) e DLO (diferença de longitude).

A primeira – DLA – é a diferença angular entre duas latitudes, podendo ser de no máximo 180 graus, pois é a diferença entre 90ºN e 90ºS.
A segunda – DLO – é a menor diferença angular entre duas longitudes, podendo ser, também, de no máximo 180 graus, pois é a diferença entre a longitude de um meridiano qualquer e seu anti-meridiano (oposto a ele em 180º).

Para se calcular a distância entre duas localidades apenas sabendo-se as coordenadas, precisaremos também lembrar como converter estes valores de DLA e DLO em distância.

Para se calcular a direção entre duas localidades será necessário relembrar conceitos de trigonometria, como veremos mais à frente.


TRANSFORMANDO UM VALOR DE DLA OU DLO EM DISTÂNCIA

Para transformar um valor angular em distância, basta relembrar suas equivalências.

Como se sabe, 1º = 60 NM, assim pode-se concluir que 60′ = 60 NM \ 1′ = 1 NM.

Ocorre que 1′ = 60″, assim pode-se concluir que 60″ = 1 NM, ou seja, 1″ = 1/60 NM.

Sabendo-se estas equivalências, fica fácil transformar qualquer valor de DLA ou DLO em distâncias. Observe o exemplo a seguir.

Vamos converter o valor 23º 30’ 36” em distância. Basta isolar cada valor e converter individualmente, somando os resultados.

23º X 60 = 1.380

30’ X 1 = 30

36” ÷ 60 = 0,6

‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾

1.380 + 30 + 0,6 = 1.410,6 NM x 1,852 = 2.612,4 Km

Obviamente, este método vale para distâncias pequenas (menores do que 800 NM), pois o correto seria levar em conta a curvatura terrestre; no entanto, o método funciona muito bem, como veremos adiante.

CALCULANDO A DISTÂNCIA ENTRE DOIS PONTOS GEOGRÁFICOS

Pode ocorrer de, em determinado momento, o piloto ter as coordenadas entre dois pontos, mas não ter em mãos a carta ou algum equipamento para calcular a distância entre elas. Quando isto acontecer, basta utilizar o que já se conhece sobre coordenadas geográficas. Já foi visto que uma coordenada geográfica utiliza o sistema cartesiano para indicar localidades. Fazendo uma análise simples, qualquer coordenada pode ser representada em um sistema de eixos do tipo “x” e “y”.

Vamos pegar como exemplo as coordenadas geográficas das duas cabeceiras da pista de SBMT (Aeroporto Campo de Marte, São Paulo):

SBMT: PISTA 12 (23º 30’ 29,93” S/046º 38’ 32,90” W)

­SBMT: PISTA 30 (23º 30’ 36,50” S/046º 37’ 53,01” W)



Vamos agora calcular o comprimento da pista, utilizando as duas coordenadas.

Basta uma pequena análise para se perceber que o comprimento da pista é definido por uma linha que liga os dois pontos e que esta linha nada mais é do que a hipotenusa de um triângulo retângulo definido pelas diferenças de latitude (DLA) e de longitude (DLO), que são os catetos entre estes pontos. Veja o esquema abaixo:



Pelo Teorema de Pitágoras, o quadrado da hipotenusa é igual à soma dos quadrados dos catetos. Podemos considerar que um dos catetos é a DLA e o outro a DLO, sendo a hipotenusa o comprimento da pista (ou a distância entre os dois pontos). Assim, valerá sempre a fórmula:

COMPRIMENTO 2 = DLA 2 + DLO 2

Vamos, então, calcular as DLA e DLO:

DLA = 23º 30’ 36,50” – 23º 30’ 29,93” = 6,57”

DLO = 046º 38’ 32,90” – 046º 37’ 53,01” = 39,89”

Sabendo o valor das DLA e DLO, basta transformá-las em distância, dividindo-as por 60:

DLA = 6,57” ÷ 60 = 0,1095 NM x 1.852 = 202,8 metros

DLO = 39,89” ÷ 60 = 0,6648 NM x 1.852 = 1.231,2 metros

Colocando-se os valores na fórmula:

COMPRIMENTO 2 = 202,8 2 + 1.231,2 2 = raiz (41.127,84 + 1.515.853,44)

COMPRIMENTO = 1.247,8 metros

Para provar que o cálculo está correto, vamos utilizar a ferramenta régua do Google Earth:



CALCULANDO A DIREÇÃO ENTRE DOIS PONTOS GEOGRÁFICOS

Até o momento, utilizou-se apenas uma calculadora simples para os cálculos, necessitando-se somente do valor de uma raiz quadrada.

Veremos agora que, apesar de um pouco complexo, há a possibilidade de se efetuar o cálculo da direção entre dois pontos geográficos. Para isso, será necessário rever conceitos de básicos de trigonometria e da teoria dos triângulos.

Como o triângulo que vamos estudar é um triângulo retângulo, teremos o seguinte desenho:



Pela teoria dos triângulos, a soma interna de todos os ângulos é sempre igual a 180º. Assim,

α + β + 90º = 180º

Basta, portanto, achar α para achar β ou vice-versa:

α = 90º – β

β = 90º – α

Para calcular o valor dos ângulos, é necessário lembrar-se dos conceitos de trigonometria.

O valor de um ângulo em um triângulo retângulo pode ser assim calculado:

•Tangente de um ângulo é igual ao cateto oposto sobre o adjacente
•Seno de um ângulo é igual ao cateto oposto sobre a hipotenusa
•Cosseno de um ângulo é igual ao cateto adjacente sobre a hipotenusa
Sabendo-se disso, tomando-se por base o ângulo α , podemos deduzir que:

tan α = DLA ÷ DLO

sen α = DLA ÷ distância

cos α = DLO ÷ distância
Uma vez que os valores de DLA e DLO são mais facilmente encontrados, vamos, então, aplicar estes valores utilizando a fórmula da tangente de α :

tang α = 202,8 ÷ 1.231,3 = 0,1647

Sabendo-se o valor da tangente, basta calcular a tangente inversa, ou seja, o arco-tangente deste ângulo. O resultado desta operação, que deverá ser feita utilizando-se uma calculadora com esta função ou o Excel – como veremos a seguir – pode ser assim representado:

arctan α = tan-1 α

Esta operação dá o valor em radianos, os quais devem ser convertidos em graus.

Uma calculadora mais avançada faz este cálculo rapidamente, bastando clicar na função “inverso” e depois na função “graus/radianos”.

No Excel basta colocar a seguinte fórmula:

=graus(atan(tanα))

=graus(atan(DLA/DLO))

Aplicando esta fórmula no Excel, temos:

α = graus(atan(0,1647)), o resultado será 9,352651º, ou seja, arredondando-se para números inteiros, será 9º.

Se α = 9º, β = 90º – α \ β = 90º – 9º = 81º, ou seja:

α = 9º

β = 81º

É importante ressaltar que estes valores são da parte interna do triângulo, que ficará assim:



Portanto, os valores dos Rumos Verdadeiros (RV) das pistas 12 e 30 serão, respectivamente:

RV PISTA 12 = 180º – 81º = 99º

RV PISTA 30 = 270º + 9º = 279º

Como a declinação magnética do SBMT é 21ºW, os Rumos Magnéticos serão, respectivamente:

RM PISTA 12 = 99º + 21º = 120º

RM PISTA 30 = 279º + 21º = 300º

Isto prova que os cálculos estão corretos, pois senão as pistas não seriam 12 e 30.