ESTUDIO SUPLEMENTARIO

ASIGNATURA: III CURSO DE SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO POR

SATLITE.

El presente Estudio Suplementario, tiene por finalidad presentar a los participantes, un resumen de la importancia en cuanto al empleo del GPS Diferencial y sus mltiples aplicaciones.

GENERALIDADES

1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA GEODESIA

1.1. INTRODUCCIN

GEODESIA

Es la ciencia que tiene por objeto determinar la forma y las dimensiones de la tierra as como los parmetros que definen el campo de gravedad.

1.2 LA FIGURA "NATURAL" DE LA TIERRA: Excluyendo la topografa o forma externa,

se asemeja a la definicin de geoide, definida como una superficie de nivel equipotencial del campo del campo gravitatorio terrestre. Esta superficie equipotencial o de nivel materializado por los ocanos cuando se prescinde del efecto perturbador de las mareas (casi la superficie del nivel medio de los mares) es la superficie de referencia para la altitud.

MODELOS TERRESTRES

A. Superficie Real: Est constituida apenas por las partes slidas, se encuentra en contacto con la troposfera, es totalmente irregular, no puede ser representada en forma matemtica, su forma no es rgida es variable.

B. Modelos Fsicos: Es la representacin de la Tierra donde se toma en consideracin los efectos de la fuerza de la gravedad, los efectos de la fuerza centrfuga, y la fuerza gravitacional, siendo generadas superficies equipotenciales.

C. Modelo Geomtrico: Es el GEOIDE cuyo potencial coincide con el potencial del nivel medio del mar, se supone homogneo, libre de perturbaciones de cualquier naturaleza, en reposo y por lo tanto sujeto apenas a la accin de la fuerza de la gravedad, no posee representacin matemtica definida por lo que existen algunas aproximaciones, siendo una de ellas la superficie media del mar prolongada a los continentes. Esta superficie es denominada Nivel Medio del Mar (NMM).

D. Modelos Matemticos: Constituido por el empleo de figuras geomtricas con representaciones matemticas, as tenemos:

ELIPSOIDE TERRESTRE a. Elipsoide Escaleno. b. Elipsoide de revolucin. c. Esfera. d. plano

Se ha determinado que la figura que ms se aproxima a la forma de la Tierra es un

ELIPSOIDE DE REVOLUCIN, (un elipsoide de revolucin es una figura generada por la rotacin alrededor de su eje menor). En esta superficie se puede hacer mediciones de

distancias, curvaturas, reas, etc. Por ser una figura analtica.

Relacin entre: SUPERFICIE REAL GEOIDE ELIPSOIDE

1.3 SISTEMAS ELIPSOIDALES DE REFERENCIA

A. ELIPSOIDES DE REFERENCIA

Como la definicin matemtica del geoide presenta gran complejidad, as como su definicin, la superficie de la Tierra puede representarse con mucha aproximacin mediante un elipsoide de revolucin, definindose este sistema con:

- Superficie de referencia: dimensiones (semiejes a, b). - Ejes o lneas de referencia en la superficie. - Sentidos de medida.

Coordenadas geodsicas en el elipsoide

Sobre esta superficie se definen las coordenadas geodsicas:

- Latitud geogrfica (): ngulo medido sobre el plano meridiano que

contiene al punto entre el plano ecuatorial y la normal al elipsoide en P.

- Longitud geogrfica (): ngulo medido sobre el plano ecuatorial entre el meridiano origen y el plano meridiano que pasa por P.

El elipsoide de revolucin que mejor se adapte al geoide en la zona con un punto donde ambos coinciden o bien la normal a ambos es la solucin adoptada, constituyendo el concepto de Sistema Geodsico de Referencia. A lo largo de la historia diversos elipsoides se han utilizado para definir el Sistema de Referencia de cada pas, de tal forma que se define aquel que mejor se ajuste al geoide. En geodesia existirn dos Datum: horizontal y el vertical, que es la superficie de referencia respecto a la que se definen las altitudes. En este caso, lo ms normal es que sea el geoide.

B. World Geodetic System 1984 (WGS84)

Desde 1987, el GPS utiliza el World Geodetic System WGS-84, que es un sistema de referencia terrestre nico para referenciar las posiciones y vectores. Se estableci este sistema utilizando observaciones Doppler al sistema de satlites de navegacin NNSS o Transit, de tal forma que se adaptara lo mejor posible a toda la Tierra.

Definicin de WGS84 (Fuente: NGA)

DATUM GEOCNTRICO:

Es la mejor representacin de la forma y tamao de la Tierra como un todo. El centro del elipsoide coincide con el centro de masa.

Ejemplo WGS 84

1.4 SISTEMAS DE COORDENADAS

A. Coordenadas cartesianas geocntricas

El sistema de coordenadas cartesianas es un "sistema de coordenadas que posicin de puntos respecto a n ejes mutuamente perpendiculares".

Se define:

El Origen O del Sistema coincide con el Centro de Masas de la Tierra o Geocentro.

El eje Z coincide con la direccin del Polo Medio.

El eje X es la interseccin del plano del Ecuador con el plano del Meridiano de Referencia (M. Greenwich).

El eje Y est contenido en el plano del Ecuador y es perpendicular a los anteriores, formando un sistema dextrgiro.

Ejemplo:

X= 4069854.879 m

Y= -436270.838 m

Z= 4371856.336 m

B. Coordenadas geodsicas o elipsidica

El sistema de coordenadas geodsicas es un "sistema de coordenadas en que la posicin es especificada por la latitud geodsica, la longitud geodsica y en los casos trimensionales la altitud elipsidica". Latitud geodsica , ngulo que forma el plano ecuatorial con la perpendicular

al elipsoide desde un punto dado. Se toma positiva hacia el norte. Longitud geodsica , ngulo que forma el plando meridiano de un punto

dado. Se toma positiva hacia el Este. Altura geodsica o elipsidica h, distancia a un punto desde el elipsoide

medida a lo largo de la normal al elipsoide por este punto, positiva si es ascendente o el punto est fuera del elipsoide.

C. Coordenadas UTM El sistema de coordenadas UTM usa el elipsoide WGS84 como modelo base de la Tierra. La "proyeccin transversa de Mercator" es una variante de la "proyeccin de Mercator" que fue desarrollada por el gegrafo flamenco Gerardus Mercator en 1569. Esta proyeccin es "conforme", es decir, que conserva los ngulos y casi no distorsiona las formas pero inevitablemente s lo hace con distancias y reas. El sistema UTM implica el uso de escalas no lineales para las coordenadas X e Y (longitud y latitud cartogrficas) para asegurar que el mapa proyectado resulte conforme. Podemos decir que la Tierra esta dividida en 60 husos, y podemos hablar del huso 30, del huso 31, etc.

Es importante destacar aqu que a las zonas, tambin se les llama husos.

Cada zona UTM est dividida en 20 bandas (desde la C hasta la X)

- Las bandas C a M estn en el hemisferio sur

- Las bandas N a X estn en el hemisferio norte.

Una regla til es acordarse de que cualquier banda que est por encima de N (de norte) est en el hemisferio norte.

Las primeras 19 bandas (C a W) estn separadas o tienen una altura de 8 cada una. La banda 20 o X tiene una altura de 12.

Tambin quisiera destacar que en el esquema de abajo, y por razones didcticas y por simplificacin, se representa cada una de las zonas comprendidas:

DESCRIPCIN DE LAS COORDENADAS UTM

Por definicin, cada zona UTM tiene como bordes o tiene como lmites dos meridianos separados 6.

Esto crea una relacin entre las coordenadas geodsicas angulares tradicionales (longitud y latitud medida en grados) y las rectngulares UTM (medidas en metros) y permite el diseo de fmulas de conversin entre estos dos tipos de coordenadas.

La lnea central de una zona UTM siempre se hace coincidir con un meridiano del sistema geodsico tradicional, al que se llama MERIDIANO CENTRAL. Este meridiano central define el origen de la zona UTM (ver adelante).

En realidad, este esquema no est dibujado a escala. La altura de una zona UTM es 20 veces la distancia cubierta por la escala horizontal. Se ha dibujado as por razones de espacio.

- Los lmites de una zona UTM coinciden con dos meridianos separados 6.

CARTERSTICAS DE LA ZONA UTM

- El centro de la zona coincide con un meridiano, el meridiano central, que seala al norte .

- El origen de la coordenada UTM es la interseccin del meridiano central con el ecuador. A este origen se le da un valor relativo 0 km Norte, 500 Km Este para el hemisferio norte, y 10.000 Km norte y 500 Km Este para el hemisferio sur. As no hay nmeros negativos.

- Las zonas UTM se extienden desde el paralelo 84 S. hay 60 zonas UTM, con 6 cada una, que completan los 360 de la tierra.

- Las zonas UTM se estrechan y sus reas son menores conforme nos acercamos a los polos.

Por tanto, los lmites este-oeste de una zona UTM est comprendida en una regin

que est 3 al Oeste y 3 al Este de este meridiano central. Los meridianos centrales estn tambin separados por 6 de longitud.

Los lmites Norte-Sur de una zona UTM es aquella comprendida entre la latitud 84 N, y la latitud 80 S. El resto de las zonas de la Tierra (las zonas polares) estn abarcadas por las coordenadas UPS (Universal Polar Stereographic).

Cuando se considera la orientacin norte-sur, una lnea de una zona UTM coincide con los meridianos de las coordenadas angulares SLO en el meridiano central.

En el resto de la zona no coinciden las lneas de la zona UTM (el grid) con los meridianos. Estas diferencias se acentuan en los extremos derecho e izquierdo de la zona UTM, y se hacen mayores conforme nos alejamos del meridiano central.

Por esta razn, en una zona UTM, la NICA lnea (de grid) que seala al verdadero norte es aquella que coincide con el meridiano central. Las dems lneas de grid en direccin norte-sur se desvan de la direccin del polo norte verdadero. El valor de esta desviacin la llaman CONVERGENCIA DE CUADRCULA. Los mapas topogrficos de cierta calidad suelen incluir esta informacin referencindola con el centro del mapa. La declinacin en el hemisferio norte es Oeste cuando el valor de Easting es inferior a 500.000 metros, y es Este cuando es mayor de 500.000 metros. Ver el esquema de arriba para verlo mejor.

Puesto que un sistema de coordenadas rectangulares como el sistema UTM no es capaz de representar una superficie curva, existe cierta distorsin. Considerando las 60 zonas UTM por separado, esta distorsin es inferior al 0,04%.

Cuando se considera la orientacin este-oeste, sucede un fenmeno parecido. Una lnea UTM coincide con una sola lnea de latitud: la correspondiente al ecuador. Las lneas de grid de la zona UTM se curvan hacia abajo conforme nos movemos al norte y nos alejamos del meridiano central, Y NO coinciden con las lneas de los paralelos. Esto se debe a que las lneas de latitud son paralelas al ecuador en una superficie curva, pero las lneas horizontales UTM son paralelas al ecuador en una superficie plana.

Una zona UTM siempre comprende una regin cuya distancia horizontal al Este (Easting) es siempre inferior a 1.000.000 metros (de hecho, la "anchura" mxima de una zona UTM tiene lugar en el ecuador y corresponde aproximadamente a 668 km, ver adelante). Por eso siempre se usa un valor de Easting de no ms de 6 dgitos cuando se expresa en metros.

Para cada hemisferio, una zona UTM siempre comprende una regin cuya distancia vertical (Northing) es inferior a 10.000.000 metros (realmente algo ms de 9.329.000 metros en la latitud 84 N). Por eso siempre se usa un valor de Northing de no ms de 7 dgitos cuando se expresa en metros.

Por esta razn siempre se usa un dgito ms para expresar la diastancia al norte (Northing) que la distancia al este (Easting).

Por convenio, se considera EL ORIGEN de una zona UTM al punto donde donde se cruzan el meridiano central de la zona con el ecuador. A este origen se le define:

- con un valor de 500 km ESTE, y 0 km norte cuando consideramos el hemisferio norte.

- con un valor de 500 km ESTE y 10.000 km norte cuando consideramos el hemisferio sur.

OJO. Eso significa que los extremos izquierdos y derecho de la zona UTM no corresponden nunca a las distancias 0 y 1000 km, respectivamente. Eso es asi porque la zona UTM nunca tiene un ancho de 10.000 km. Recordar que 6 de longitud equivalen a una distancia aproximada de 668 km en el ecuador, y se hace menor conforme aumenta la latitud hacia ambos polos, porque la Tierra es casi una esfera.

Al dar al origen (punto medios de la zona) un valor de 500 km, decimos que estamos dando un FALSO ORIGEN, y adems, UN FALSO EASTING y un FALSO NORTHING. Se pretende de esta forma que nunca se usen valores negativos.

2 . INTRODUCCION AL SISTEMA GPS

El GPS o NAVSTAR-GPS (NAvigation Satellite with Time And Ranging), es un sistema de radio navegacin desarrollado por el Departamento de Defensa de los EEUU de Norte Amrica DoD, con la finalidad de ser el principal sistema de navegacin de las fuerzas armadas americanas. CARACTERISTICAS DEL GPS

Cobertura global

Proporciona servicio las 24 horas del da.

Proporciona gran precisin en informacin de posicin.

Proporciona gran precisin en informacin de velocidad.

Proporciona servicio de Hora Precisa.

Acceso ilimitados de usuarios a nivel mundial.

Brinda servicios para usuarios militares y civiles.

Esta compuestos por tres segmentos (espacial, usuarios, control).

La concepcin del sistema permite que cualquier usuario, en cualquier parte de la superficie terrestre o prximo a ella, tenga a su disposicin como mnimo 4 satlites para ser rastreados bajo cualquier condicin climtica.

Para los levantamientos elimina la necesidad de ntervisibilidad de estaciones

OTROS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO

GLONASS.- Sistema de Radio navegacin Rusa, consta de 24 satlites situados en tres orbitas con 64.8o de inclinacin (cubre el 97% de la ST) y separadas 120o

GALILEO.- Proyecto encargado a la ESA (Agencia Espacial Europea) y la UE (Unin Europea)

Galileo se basar en una constelacin de 30 satlites situados en rbita a 24.000 km. de altitud que cubrir la totalidad del globo terrestre con una red de estaciones de control en tierra. El proyecto est todava en sus comienzos y no se prev que est operativo al menos, hasta 2012.

2.1 PRINCIPIOS BSICO DE FUNCIONAMIENTO

Los receptores GPS ms sencillos estn preparados para determinar con un margen mnimo de error la latitud, longitud y altura desde cualquier punto de la tierra donde nos encontremos situados. Otros ms completos muestran tambin el punto donde hemos estado e incluso trazan de forma visual sobre un mapa la trayectoria seguida o la que vamos siguiendo en esos momentos. Esta es una capacidad que no posean los dispositivos de posicionamiento anteriores a la existencia de los receptores GPS. El funcionamiento del sistema GPS se basa tambin, al igual que los sistemas electrnicos antiguos de navegacin, en el principio matemtico de la triangulacin. Por tanto, para calcular la posicin de un punto ser necesario que el receptor GPS determine con exactitud la distancia que lo separa de los satlites. Estos principios se enmarcan en:

Triangulacin. La base del GPS es la "triangulacin" desde los satlites.

Distancias. Para "triangular", el receptor de GPS mide distancias utilizando el tiempo de viaje de seales de radio.

Tiempo. Para medir el tiempo de viaje de estas seales, el GPS necesita un control muy estricto del tiempo y lo logra con ciertos trucos.

Posicin. Adems de la distancia, el GPS necesita conocer exactamente donde se encuentran los satlites en el espacio. Orbitas de mucha altura y cuidadoso monitoreo, le permiten hacerlo.

Correccin. Finalmente el GPS debe corregir cualquier demora en el tiempo de viaje de la seal que esta pueda sufrir mientras atraviesa la atmsfera.

Fuentes de error.

- Efecto de la Ionosfera y Troposfera. - Trayectoria Mltiple (multi-path). - Error en los relojes del receptor. - Orbita de los satlites. - Nmero de satlites visibles. - Geometra de los satlites.

2.2 CONSTITUCIN DEL SISTEMA GPS

A. Segmento espacial

El sistema GPS esta constituido por 24 satlites distribuidos en 6 planos orbtales igualmente separados, inclinados 550 en relacin al Ecuador, con 4 satlites en cada plano, a 20 200 Km. de altitud aprox., el periodo orbital es de aproximadamente 12 horas.

B. Segmento de control

Cumple las siguientes tareas:

- Monitorear y controlar el sistema de satlites. - Determinar el sistema de tiempo GPS. - Predecir las efemrides de los satlites calcular las correcciones de los

relojes de los satlites. - Actualizar peridicamente los mensajes de navegacin de cada satlite.

Esta compuesto por 5 estaciones (Hawai, Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia, Colorado Spring).

C. Segmento usuario

Est constituido por todos los receptores GPS, los cuales deben ser los apropiados para los objetivos a que se destinan, tal como navegacin, geodesia u otra actividad, puede dividirse en CIVIL y MILITAR.

Un receptor consta normalmente de los siguientes componentes:

- Antena con pre amplificador. - Seccin de radio frecuencia para identificar y procesar la seal. - Microprocesador. - Oscilador. - Panel de contro.l - Suministro de energa (bateras). - Memoria.

3. OBSERVABLES GPS 3.1 PSEUDODISTANCIA DE CDIGO Para obtener las pseudodistancias a partir del cdigo, el receptor genera una

rplica de la seal emitida por el satlite y compara ambas mediante correlacin (PRN).

Se obtiene entonces un desplazamiento de la seal que se corresponde con el tiempo que tarda la seal en llegar del satlite al receptor.

Llamemos ts a la lectura del reloj del satlite en el momento de la emisin transmitida va cdigo PRN y tr a la lectura del reloj del receptor en el momento de la recepcin.

Si ambos tiempos estuvieran referidos al mismo sistema de tiempos y no tuviesen errores, la diferencia de lecturas sera el tiempo de viaje de la seal de satlite a recetor.

Adems, ambos relojes tienen unos retardos o adelantos respecto al sistema de

tiempo GPS: estados de reloj. La precisin de una pseudodistancia a partir de medidas de cdigo puede llegar a

ser del orden del 0.1% de la longitud del chip (30 y 3 cm respectivamente) 3.2 PSEUDODISTANCIA DE FASE El observable de fase es la diferencia entre la fase de la portadora recibida del

satlite y la fase generada internamente por el oscilador del receptor. Estas medidas de fase no tienen en cuenta el nmero de ondas enteras que hay

entre el receptor y el satlite. La distancia satlite-receptor est relacionada con el nmero entero de

longitudes de onda (N) y su fase:

4. SEAL GPS

4.1 ESTRUCTURA DE LA SEAL

Los satlites transmiten constantemente en dos ondas portadoras que viajan a la velocidad de la luz. Dichas ondas portadoras se derivan de la frecuencia fundamental (10.23 MHz la cual es multiplicada por 154 y 120), generada por un reloj atmico muy preciso.

- La portadora L1 frecuencia de 1575.42 MHz y longitud de onda de 19.05 cm.

- La portadora L2 frecuencia de 1227.60 MHz y longitud de onda de 24.45 cm.

Las ondas portadoras estn diseadas para llevar los cdigos binarios C/A y P en un proceso conocido como modulacin. Modulacin significa que los cdigos estn superpuestos sobre la onda portadora.

La seal GPS consta de dos portadoras en la banda L: La portadora L1 centrada en la frecuencia 1.575,42 Mhz ( =19,05cm)

La portadora L2 centrada en la frecuencia 1.227,60 Mhz ( =24,45cm)

Cada uno de las portadoras, se obtiene coherentemente como un mltiplo de la

frecuencia fundamental f 0 =10,23 Mhz.

- L1 = 154 x f 0 = 154 x 10,24 Mhz = 1.575,42 Mhz - L2 = 120 x f 0 = 120 x 10,24 Mhz = 1.227,60 Mhz

Cada satlite transmite seales en ambas frecuencias, siendo stas, las seales de navegacin (cdigos), y los datos de navegacin y sistema (mensaje). Los cdigos que se modulan en la seal son: El Cdigo C/A y El Cdigo P o Cdigo de Precisin. Las seales GPS son de amplio espectro para lograr:

Altas precisiones en tiempo real para navegacin. Combatir las indiferencias entre satlite y receptor. Asegurar las comunicaciones.

4.2 CDIGO P O CDIGO DE PRECISION,

El cdigo p o cdigo de precisin modula a una frecuencia de 10.23MHz. La secuencia de este cdigo es de 267 das y la duracin mnima de uno de sus estados es de 29.31 m. Se les ha asignado a los distintos satlites porciones de siete das.

4.3 CDIGO C/A

El Cdigo C/A, modula a una frecuencia de 1.023MHz (10.23/10). La secuencia total es de un milisegundo y la duracin mnima de uno de sus estados es de 300 m. El cdigo C/A se transmite actualmente slo por medio de la frecuencia portadora L1.

PRINCIPIOS DE PROCESAMIENTOS DE LA SEAL GPS

5. SISTEMA GEODSICO: MARCOS Y SISTEMA DE REFERENCIA

5.1 SISTEMA DE REFERENCIA

Indica el origen y la orientacin de los planos o ejes principales del sistema, incluyendo los modelos fsicos y matemticos fundamentales.

5.2 MARCO DE REFERENCIA

Realizacin prctica(materializacin) de un sistema de referencia a travs de mediciones. Est compuesto por un conjunto de puntos fiduciales (estrellas, quasares, estaciones fundamentales) y se describe mediante un catlogo de posiciones y velocidades (si es posible) muy precisas dadas en una poca especfica.

5.3 INTERNACIONAL TERRESTRIAL REFERENCE FRAME (ITRF)

Se produce por la combinacin de las soluciones de las tcnicas geodsicas espaciales calculadas individualmente por los servicios de la IAG (VLBI, SLR, LLR, GPS, DORIS).Se calcula una solucin del ITRF en intervalos de por lo menos un ao, denominada ITRFyy, donde yy es el ao mas reciente de observaciones incluidas.

5.4 SISTEMA DE REFERENCIA GEOCNTRICO PARA LAS AMRICAS (SIRGAS)

Creado en la Conferencia Internacional para la Definicin de un Referencial

Geocntrico para Amrica del Sur, realizada en Octubre de 1993, en Asuncin,

Paraguay, a travs de la invitacin hecha por las siguientes instituciones:

Asociacin Internacional de Geodesia (IAG), Instituto Pan-Americano de Geografa

e Historia (IPGH) y National Imagery and Mapping Agency (NIMA).Esta

Conferencia cont con una numerosa participacin de representantes de los

pases de Amrica del Sur, colaborando de esta manera a su xito.

El Proyecto SIRGAS (Sistema de Referencia Geocntrico para las Amricas) por sus objetivos y alcances es de carcter

panamericano, su desempeo cobija todas las naciones de Amrica

y del Caribe, y su objetivo general est contenida en el siguiente

artculo. Art. 1. El objetivo principal del Proyecto SIRGAS es el de definir, materializar y

mantener el sistema de referencia geocntrico tridimensional de las Amricas.

Este objetivo abarca:

Definicin de un sistema de referencia geocntrico

tridimensional.

Establecimiento y mantenimiento de un marco de referencia

geocntrico (conjunto de estaciones con coordenadas

geocntricas [X, Y, Z] de alta precisin y su variacin con el

tiempo [Vx, Vy, Vz]).

Definicin y establecimiento de un datum geocntrico.

Definicin y materializacin de un sistema de referencia

vertical nico con alturas fsicas y geomtricas consistentes

y la determinacin de los cambios del marco de referencia

con respecto al tiempo.

Actualmente, SIRGAS est materializado por una red de estaciones GNSS de funcionamiento continuo con coordenadas de alta

precisin (asociadas a una poca especfica de referencia) y sus cambios a travs del tiempo (velocidades de las estaciones). La red SIRGAS de operacin continua (SIRGAS-CON) est compuesta

por cerca de 170 estaciones, de las cuales 50 pertenecen a la red

global del IGS. SIRGAS-CON es procesada semanalmente por el DGFI (Deutsches Geodtisches Forschungsinstitut) como centro de anlisis oficial IGS-RNAAC-SIR (IGS Regional Network Associate Analysis Centre for SIRGAS).

A la fecha el IGN ha instalado 45 Estaciones Receptoras

Permanentes distribuidas adecuadamente distribuida a nivel

nacional y 02 ERP asociadas al SIRGAS.

5.5 RED GEODSICA

Es el conjunto de estaciones GPS de monitoreo continuo y puntos fsicamente establecidos mediante marcas, hitos o seales, sobre el terreno, comnmente denominados vrtices geodsicos, medidos con gran precisin, que proporcionan las coordenadas geodsicas: Latitud, Longitud y Altura. Se encuentran enlazadas y ajustadas a marcos geodsicos nacionales o mundiales, constituyen la infraestructura fundamental para proporcionar alta precisin a la cartografa.

5.6 SISTEMA GEODSICO OFICIAL

Es el conjunto conformado por la Red Geodsica Horizontal Oficial y la Red Geodsica Vertical Oficial, que estn a cargo del Instituto Geogrfico Nacional. Que constituye el sistema de referencia nico a nivel nacional; el cual, se encuentra integrado a los Sistemas de Referencia Mundiales. Est materializado por puntos localizados dentro del mbito del territorio nacional, mediante monumentos o marcas, y las estaciones de rastreo permanentes que interconectados permiten la obtencin conjunta o por separado de su posicin geodsica (coordenadas), altura o del campo de gravedad, enlazados a los sistemas de referencia establecidos.

5.7 SISTEMA GEODSICO HORIZONTAL

La Red Geodsica Horizontal Oficial denominada Red Geodsica Geocntrica Nacional (REGGEN), est a cargo del Instituto Geogrfico Nacional; la misma que tiene como base el Sistema de Referencia Geocntrico para las Amricas (SIRGAS) sustentada en el Marco Internacional de Referencia Terrestre 1994 -International Terrestrial Reference Frame 1994 (ITRF94) del International Earth Rotation Service (IERS) para la poca 1995.4 y relacionado con el elipsoide del Sistema de Referencia Geodsico 1980 - Geodetic Referente System 1980 (GRS80). La Red Geodsica Geocntrica Nacional est conformada por los hitos o seales de orden O, A, B y C, y las Estaciones de Rastreo Permanente distribuidos dentro del mbito del Territorio Nacional, los mismos que constituyen bienes del Estado. Para efectos prcticos como elipsoide puede ser utilizado el World Geodetic System 1984 (WGS84).

5.8 SISTEMA GEODSICO VERTICAL

La Red Geodsica Vertical Oficial es la Red de Nivelacin Nacional, a cargo del Instituto Geogrfico Nacional, la misma que tiene como superficie de referencia el nivel medio del mar, est conformada por Marcas de Cota Fija (MCF) o Bench Mark (BM) distribuidos dentro del mbito del territorio nacional a lo largo de las principales vas de comunicacin terrestre, los mismos que constituyen bienes del

Estado. Esta Red Geodsica estar sujeta al avance tecnolgico tendiente a obtener una referencia altimtrica global relacionada al campo de la gravedad.

5.9 ESTACIONES DE RASTREO PERMANENTE

Receptor satelital de tipo geodsico que ocupa un punto en forma permanente de manera que puede ser utilizado en todas las aplicaciones de posicionamiento diferencial y en tiempo real. Posee coordenadas exactas con respecto a un sistema de referencia global. Estas estaciones operan durante las 24 horas del da.

6. TECNICAS DE OBSERVACIN

6.1 POSICIONAMIENTO POR MTODO ESTTICO

A. Mtodo esttico:

Mtodo clsico para grandes distancias y el que ofrece mayor precisin: 5mm + 1 ppm en la longitud de la baselnea o vector GPS.

Medida baselinea a baselinea con observaciones de una o ms horas, cerrando

figuras geomtricas. El tiempo de observacin es proporcional a la

longitud de la lnea.

APLICACIONES: Controles Geodsicos en zonas amplias Redes Nacionales o Continentales Movimientos Tectnicos Geodinmica Ajustes de redes de la mxima precisin.

B. Mtodo esttico rpido Observacin en periodos cortos de tiempo (minutos) sin exceder una cierta

longitud maxima de baselinea (20 km). Utiliza unos algoritmos simplificados de resolucin de la ambigedad inicial. Precisin 10mm + 1ppm

APLICACIONES Levantamientos de Control, Inventarios, GIS, levantamientos de detalle.

Reemplaza a las poligonales y las pequeas triangulaciones locales. Ventajas: Rapidez, facilidad, eficiencia. Ideal para pequeas distancias.

Para una mayor redundancia se disminuyen los intervalos de medida que se usan en el esttico (de 15,20 o 30 segundos se suele pasar a 1 o 3 segundos).

La ventaja del mtodo es que es sencillo, rpido y preciso. No requiere mantener el contacto con los satlites

Se suelen distinguir dos modalidades a su vez dentro de este:

entre estaciones y la precisin final est en 10-30 mm + 1ppm: ideal para redes o levantamientos en pequeas distancias.

b) Modo esttico rpido ocupando slo una estacin. c) Modo esttico rpido reocupando una segunda estacin al cabo de

ms o menos una hora. Es en le modo a) donde se requiere de tcnicas rpidas de resolucin de

ambigedades. Tiempo de observacin de unos 5-10 minutos.

PASO 1 Estacionar receptor referencia en la estacin BASE de coordenadas conocidas. Instalar una nueva estacin Ref2" con otro receptor.

PASO 2

Usar las estaciones BASE y Ref2 como Estaciones de Referencia. Con un tercer receptor estacionar en los puntos 1,2,3 y 4.

PASO 3

Cuando se llega al lmite de distancia del mtodo se cambian las referencias. Estacionar el receptor referencia en un punto ya levantado 4. Establecer una nueva estacin Ref3 con un receptor mvil.

PASO 4

Usar las estaciones 4 y Ref3 como Estaciones Referencia. Con la tercera unidad, levantar las estaciones 3,5,6 y7.

6.2. Mtodo cinemtico

Se puede considerar que no hay ninguna diferencia entre los mtodos estticos y los cinemticos cuando se han resuelto y guardado las ambigedades la

MTODO DE STOP AND GO O SEMICINEMTICO

Con el receptor mvil se realiza una parada de unas pocas, despus nos dirigimos al siguiente punto y actuamos de igual modo.

El procedimiento se mantendr hasta completar el trabajo o hasta sufrir una prdida de seal que obligue a inicializar otra vez.

Precisin de mtodo 1-5 cm. (dependiendo L1 o L1&L2 y distancia).

Se hace una resolucin de ambigedades inicial en el punto (de coordenadas conocidas o no), y a partir de ah, nos movemos al resto.

medicin cinemtica puede ser entendida como la transferencia de ambigedades de una estacin a otra.

1. STOP AND GO (PARAR Y SEGUIR)

PASO 1: MODO STOP

Antes de empezar hay que resolver la ambigedad inicial. Existen tras variables para resolverla:

Inicializacin Esttica. Inicializacin en un punto conocido, inicializador. Antena swap.

Inicializacin Esttica del receptor mvil

Resolucin de Ambigedad inicial en Postproceso

2.

PASO 2: MODO GO

STOP & GO

Una vez se han recogido suficientes datos para resolver las ambigedades, se puede empezar a mover el receptor sin desconectarlo.

3. STOP AND GO

DESARROLLO: MODO GO

Resueltas las ambiguedades se comienza a visitar los puntos a levantar. Se tiene que mantener el seguimiento continuo de

al menos 4 satlites. Cada punto requiere slo una poca. Si se pierde el seguimiento hay que volver a reinicializar.

APLICACIONES: Levantamientos de Detalle en

Antes de empezar hay que resolver la ambigedad inicial, tres variantes para resolverla:

reas abiertas.

Inicialmente Esttica, e un punto cualquiera con una pequea observacin esttica.

Inicialmente en un punto conocido, inicializador, de menor periodode tiempo.

Cambio de antena (antenna swapping): - Se situan dos receptores en dos estaciones cercanas. - Una estacin es de coordenadas conocidas, (estacin de referencia. - La segunda se selecciona arbitrariamente. - Se observa datos comunes aproximadamente un minuto. - Despues se intercambian las antenas, manteniendo la fijacin de fase

de los satlites observados y nuevamente se recolectan datos durante un minuto.

La mayora de los fabricantes incluyen estos tres posibles mtodos de inicializacin.

El mtodo semicinemtico o stop and go es muy eficiente en reas abiertas, donde no se espere prdida de seal.

En caso de perdida de seal y no poder ser recuperada, se tiene que empezar nuevamente con la inicializacin, el receptor mvil tiene que volver a la ultima marca coordenada de la medicin.

Es esencial que en tal caso, el receptor avise de la prdida de seal. Este mtodo ha perdido validez y uso debido a la aparicin en los ultimos

aos de equipos RTK (Real Time Kinematic), con ms versatilidad en el funcionamiento y rendimiento superior en topografa.

CINEMTICO NORMAL

PASO 1: MODO STOP

Inicializando esttica del receptor mvil Inicializacin Baselinea conocida, inicializador Swap de antenas

PASO 2: MODO MOVIMIENTO

Una vez hay suficientes datos para resolver ambigedades, el receptor se puede mover.

Matener seguimiento al menos a 4 satlites. El receptor mvil registra datos con un intervalo especificado. Si hay perdida de seguimiento, hay que volver a reinicializar.

Levantamiento continuo. Requiere planeamiento minucioso para evitar obstculos a los satlites. Hay que mantener seguimiento continuo a 4 satlites. Apto para :

- reas abiertas y despejadas de vegetacin. - Trabajos no crticos.

Necesita inicializacin del equipo mvil: 5-10 minutos parado para resolver posteriormente ambigedades en

postproceso.

6.3 . POSICIONAMIENTO POR MTODO RTK

CINEMTICO EN TIEMPO REAL (RTK).

Proporciona mayor eficacia, versatilidad, precisin y rendimiento para todo tipo de trabajos de topografa.

Es una forma de obtener los resultados una vez procesadas las observaciones (incluso en t real).

El procesamiento de estas observaciones puede ser realizado con un software post-proceso, previa insercin de los datos de observacin necesarios, ya sea en campo o en gabinete.

El cculo puede ser realizado de forma inmediata a la recepcin de las observaciones y ser efectuado por la unidad de control, obteniendo las coordenadas en el instante, es decir, en tiempo real.

Transmisin de las diferencias de fase de un receptor a otro en t real a travs de radio-modem.

Permite edicin de datos de un levantamiento en campo, replanteo, y todo tipo de labores en los cuales sea necesario el conocimiento de las coordenadas de los puntos en tiempo real.

Inconveniente: limitacin de los radio-modem de emisin y transmisin de datos: licencias de frecuencias y potencias de seal permitidas. Un equipo de 0.5 W, permitido por las autoridades), esta limitado a un radio de accin de unos pocos Km. (7-8 Km con seguridad).

D. TIEMPOS DE OBSERVACIN

ESTTICO

ESTTICO RPIDO

STOP AND GO

- Para fijar las ambigedades se realiza con un esttico rpido. Si es con punto conocido, se inicializa con pocos segundos.

CINEMTICO

- Para fijar las ambigedades se realiza con un esttico rpido. El levantamiento se realiza en movimiento.

INTERVALOS DE TOMA DE DATOS

PRECISIONES

7. EMPLEO DEL EQUIPO TRIMBLE R7

7.1 GENERALIDADES

El Sistema Trimble R7 GNSS es un Sistema de navegacin global por satlite. Es un receptor multicanal y multifrecuencia combinado con una radio UHF en una sola unidad compacta. El Trimble R7 GNSS combina una tecnologa de receptor avanzada con un probado diseo del sistema para proporcionar la mxima flexibilidad, precisin y productividad.

La tecnologa Trimble R-Track es compatible con las seales L2S y L5 de modernizacin del sistemas GPS as como con las seales GLONASS.

El Trimble R7 GNSS consta de los siguientes componentes: Antena zephir geodetic - 2 Receptor GPS Trimble R7 GNSS Cable de antena 41300 Dos bateras de 2.4 A 7.4 v Memoria compacflash Braquet para trpode Un CD (drivers o instaladores con el que va a trabajar el GPS) Varilla mtrica Fuente de alimentacin externa de 220v, 110v

Adaptador de cable USB Controlador Trimble TSC 2 Cargador del receptor Cable serial Trpode y base nivelante Para disponer de una conveniencia adicional y tener menos

problemas con los cables, el Trimble R7 GNSS incluye una conexin inalmbrica Bluetooth a un controlador TSC2 de Trimble

7.2 CONFIGURACIN DEL EQUIPO

Si se opta por trabajar con la conexin inalmbrica se debe seguir el siguiente paso:

Configuration: Loggin device: Controller Bluetooth Connect to GPS receiver: none Conect to laser: none Send ASCII datan to: none config turn on bluetooth (activar esta opcin) make this device (activar es ta opcin) device neww partnership Seleccionar R7- GNSS, (cdigo del trabajo), Trimble next Serial port (activar esta opcin) finish ok

Configuracin del tipo de trabajo: Configuration Survey Style Fast static Base

descriptions Fast static

Survey type Logging interval: 5.0 s Elevation mask: 10 Antenna type: Zephyr Geodetic 2 Measure to: Bottom of notch Antenna heigh: (colocar la altura de la antena medida

con la vari lla). 33 Glonass Activar esta opcin para obtener mayor

informacin. Importante: No olvidar marcar Store para que las

modificaciones (si las hubiera) queden grabadas. Crear un nuevo archivo en el equipo Files new job Job name: (colocar el nombre del lugar donde se est

trabajando) Properties 1/2 Coord system: 18 south (UTM) (adecuar a la zona de trabajo, en nuestro territorio puede ser tambin 17 19 ) Units: meters Linked files: none Active map: none Feature library: none Cogo settings: ground 2/2 Descriptions: off reference: description: operator: notes: Iniciar el rastreo Survey fast static start base receiver Point name: Observation class: autonomous start Antenna height: (colocar la altura de la antena medida con la

varilla). Measured to: bottom of notch

8. PRACTICA DE POSICIONAMIENTO

8.1 Posicionamiento por Mtodo Esttico 8.2 Posicionamiento por Mtodo cinemtico 8.3 Posicionamiento por Mtodo RTK

9. PROCESAMIENTO DE DATA OBTENIDA

9.1 Procesamiento en lnea Base : - Aplicacin de TGO (Practica) - Aplicacin de TBC (Prctica)

9.2 Procesamiento de Redes: - Aplicacin de TGO (Practica) - Aplicacin de TBC (Practica)