GPS MSystem
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Ctedra Levantamiento y Carteo Geolgico I GPS MAPPING SYSTEM (Trimble) General Reference
raduccin e interpretacin de texto Marzo de 2003 TIng. Carlos Aliaga
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GPS MAPPING SYSTEM
Referencia General
(Trimble)
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Ctedra Levantamiento y Carteo Geolgico I GPS MAPPING SYSTEM (Trimble) General Reference
raduccin e interpretacin de texto Marzo de 2003 TIng. Carlos Aliaga
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Prefacio
Bienvenidos a la Referencia General de Sistema de Mapeo para los productos GPS de
Trimble. Este Manual introduce en los principios bsicos para hacer Mapas usando GPS.
Provee la informacin que Ud. necesita para usar los productos de mapeo Trimble
Navigation Limited, incluyendo receptores, colectores de datos y software.
Alcance y Audiencia
Este es un Manual de referencia general. Probablemente Ud. no necesita leer este
manual de tapa a tapa pero al menos sepa que informacin t iene disponible. Si ud es
nuevo en GPS o GIS (Geographical Information System), nosotros recomendamos leer
los primeros cuatro captulos.
Organizacin
Este Manual incluye los siguientes captulos:
Capitulo 1, Introduccin a GPS Concepto de cmo trabaja GPS.
Capitulo 2, Introduccin a GIS Que es GIS, algunos conceptos y trminos bsicos
de GIS.
Capitulo 3, Coleccin de datos para GIS Factores que Ud. necesita tener en
cuenta mientras colecta datos GPS para GIS.
Capitulo 4, Exactitud de los datos GPS Consejos y tcnicas para mejorar la
exactitud GPS.
Capitulo 5, Trimble Bulletin Board Service Una gua para usar este recurso. Si ud
tiene modem, encontrara val iosa informacin en el Trimble Bulletin Board.
Glosario Brinda un l istado de trminos GPS y GIS.
Gracias por comprar este producto Trimble. Al f inal izar este manual encontrara un
formulario para escribir comentarios que apreciaremos nos lo envi.
Publicaciones relacionadas
Este manual contiene informacin sobre GPS, GIS y Productos y Servicios Trimble.
Otras fuentes de informacin se discutirn en las prximas secciones.
Otros Manuales
Complementando este Manual, Ud. puede haber recibido gua de usuario para su
receptor GPS, data col lector y software de procesamiento. Todos los manuales que Ud.
ha recibido sirven para aprender a colectar y procesar datos GPS. Donde sea necesario
Ud. encontrara que este Manual hace referencia a los otros Manuales para mayor
informacion.
Notas de Actualizacin
Ud. encontrara una hoja de garanta, con su mapping system. Enviando la hoja con los
datos, Ud. recibir notas de actual izacin. Cuando reciba esos paquetes, lalos.
Contienen informacion acerca de cambios en el hardware y el software.
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Servicio de Bulletin Board
Si t iene modem, controle regularmente el Customer Support Bulletin Board Service
(BBS) por notas de apl icacin, noticias relacionadas a nuevo software y otra
informacion. El numero telefnico es +1-408-481-7800; protocolo 8,n,1.
Asistencia Tcnica
Si t iene problemas y no encuentra la informacion que necesita para solucionar sus
problemas, l lame al Trimble Tecnical Center (TAC). (Ver telfonos en Manual original).
Si l lama al TAC un soporte tcnico ayudara a encontrar la causa del problema y
proveer la asistencia tcnica que Ud. necesite.
FaxBack
Este es un servicio de respuesta automtica de fax para seleccionar documentos y
catalogos (l ista de documentos disponibles). Llame desde un fax y el Fax Back guiara
su l lamada mediante un mensaje pregrabado. Este servicio esta disponible las 24 horas
del da, siete das a la semana. Ud puede ordenar una serie de documentos, incluyendo
hojas de datos, notas de apl icacin, documentacin tcnica, guas de configuracin e
informacion general.
Formulario para comentarios de lectores
El presente manual trae, al f inal, un formulario para que el lector haga sus
comentarios y los enve a Trimble. Si no lo encuentra, los comentarios y sugerencias
puede hacerlos a Trimble Navigation Limited, 645 North Mary Avenue, Post Office Box
3642, Sunnyvale, CA 94088-3642.
Significado del tipo de letra
Ital ica indentif ica menus del software, comandos de menus, cajas de dialogo y campos
de caja de dilogos.
SMALL CAPITALS identif ica comando DOS, directorios, nombres de archivos y
extensiones de nombres de archivos.
Courier se usa para representar lo que Ud. ve impreso en la pantal la mediante el
sistema DOS.
Courier Bold representa informacion que Ud. debe t ipear en la pantal la o una ventana
del software.
Return Ctrl identif ica una tecla funcin del hardware o tecla combinacin que Ud.
debe presionar en su Pc.
Courier negrita representa un botn comando del software.
Notas, Consejos, Advertencia y Peligro
Se usan para enfatizar informacion importante.
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1 Introduccin a GPS
The Global Posit ion System (GPS) es un sistema de posicionamiento satel ital operado
por el Departamento de Defensa (DoD). Cuando este desarrol lado totalmente (recuerde
el alumno que este manual se ha escrito en 1996), proveer informacion de tiempo y
posicin, las 24 horas del da, todo el ao. Este capitulo contiene una breve referencia
a GPS. Incluye los siguientes tpicos:
v Como trabaja GPS.
v Centro de Informacion GPS.
v Componentes GPS del sistema de mapas.
v Correccin Diferencial.
v Aplicaciones de GPS.
1.1 Como trabaja GPS
GPS puede expl icarse en cinco pasos bsicos:
1 Tri lateracin satel ital la base del sistema. 2 Distancia medicin de la distancia desde un satl ite. 3 Medicin exacta del t iempo son necesarios relojes consistentes y un cuarto
vehculo espacial.
4 Posicin del satl ite conocimiento de la posicin del satl ite en el espacio. 5 Correccin de errores correccin de retardo por ionosfera y troposfera.
1.1.1 Trilateracin
Se pueden calcular las coordenadas
de cualquier punto de la t ierra, si se
mide la distancia desde un grupo de
satl ites, a la posicin (del
receptor). Los satl ites actan como
puntos de referencia precisos.
Suponiendo que la distancia desde
un satl ite es conocida, la posicin
buscada se encuentra en la
superf ic ie de la esfera con centro en
el satl ite y radio igual a la
distancia, como muestra la f igura 1-
1.
Si tambin se conoce la distancia
desde un segundo satl ite la posicin
buscada se encontrara ahora en el rea reducida a la interseccin de dos esferas (un
crculo). Ver f ig.1-2.
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Adicionando un tercer satl ite las
posibi l idades se reducen a dos puntos
como muestra la f ig.1-3.
Una de esas posiciones es desechable
por estar fuera del espacio o
movindose a alta velocidad.
Conociendo la posicin de tres satl ites
cualesquiera, las coordenadas pueden
ser calculadas.
En la practica, un cuarto satl ite es
necesario para resolver cuatro
incgnitas, X, Y, Z y Tiempo. Ver f ig.1-
4.
1.1.2 Posicionamiento satelital
La distancia desde un
satl ite se establece
midiendo el t iempo de viaje
de seales de radio desde el
satl ite hasta el receptor.
Para medir el t iempo de
viaje de la seal de radio el
receptor necesita conocer
cuando parte la seal del
satl ite.
Para establecer cuando una
seal abandona un satl ite
el mismo codigo1
PseudoRandom es generado
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al mismo tiempo en el receptor y el satl ite, como muestra la f ig. 1-5.
1 Cada satl ite GPS transmite dos seales de radio, L1 a 1575.42Mhz y L2 a
1227,60Mhz. La seal L1 es modulada con dos cdigos PRN (PseudoRandom noise),
cdigo-P y cdigo-C/A. La precisin del cdigo-P se puede encriptar para uso mil itar. El
codigo-C/A (Coarse/Acquisit ion) no es encriptado. La seal L2 es modulada solo con el
cdigo-P. La mayora de los receptores civi les usan cdigo-C/A para obtener
informacion GPS. Algunos receptores Trimble t ipo topogrfico, usan cdigo-P.
El receptor examina el cdigo ingresado desde el satl ite y mira cuanto hace que ha
generado el mismo cdigo. Esta diferencia de t iempo multipl icada por la velocidad de
la luz da la distancia.
El uso de cdigo es importante porque permite al receptor comparar t iempos. Adems
permite a los satl ites operar en la misma frecuencia ya que se los identif ica por el
PRN de cada uno.
1.1.3 Exactitud del tiempo
Los clculos dependen de la exactitud de los relojes. El cdigo ha sido generado al
mismo tiempo en el satl ite y en el receptor. Los satl ites t iene relojes atmicos con
una exactitud del nanosegundo (mil lonesima de segundo), pero no sucede lo mismo con
los relojes de los receptores por una razn de costo.
Los receptores miden a un cuarto satl ite para resolver el error de reloj. Esta medicin
puede ser usada para resolver errores que ocurren si los relojes del satl ite y el
receptor no estn perfectamente sincronizados.
Por razones de simplic idad, las i lustraciones usadas en esta expl icacin, muestran solo
dos dimensiones y por lo tanto son necesarios solo tres satl ites para calcular una
posicin.
Si los relojes del satl ite y el
receptor son exactos, se puede
obtener una posicin exacta por
medio de la distancia desde dos
satl ites como muestra la f ig.1-6.
Si se hace una medicin desde un
tercer satl ite y todos los relojes
son exactos, la tercera medicin
debera tambin coincidir con la
interseccin, como muestra la
f igura 1-7. No obstante, si el
reloj del receptor adelanta un
segundo, la interseccin de las
distancias de dos satl ites, es
como muestra la f igura 1-8.
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Si se hace otra medicin desde un tercer satl ite y el reloj del receptor adelanta un
segundo, la tercer medicin podra no interceptar con las otras dos, como muestra la
f igura 1-9. Cuando un receptor
obtiene una serie de mediciones que
no interceptan en un punto, la
computadora del receptor empieza a
sustraer o agregar t iempo hasta que
los ajustes permiten la solucin.
Si se requiere tres dimensiones, se
necesitan cuatro satl ites para
cancelar los errores de t iempo.
Mientras se colectan datos GPS en el
campo, cuatro satl ites deben estar
visibles y el receptor disponer al
menos cuatro canales o capacidad
secuencial para cuatro satl ites.
1.1.4 Posicionamiento satelital
Hay 24 satl ites NAVSTAR orbitando
la t ierra cada 12 horas a una alt itud
aproximada de 20.000 km. Los
satl ites orbitan de a cuatro por
cada uno de seis planos incl inados 55 respecto al ecuador. Los satl ites orbitan a una
altura donde el rozamiento atmosfrico es pequeo y las orbitas son muy estables. Los
satl ites son monitoreados constantemente por el DoD. Cada satl ite contiene varios
relojes atmicos de alta precisin y transmiten constantemente seales de radio
usando su propio cdigo identif icatorio. El DoD tiene cuatro estaciones terrestres de
monitoreo, tres estaciones de carga y una estacin de control maestro. Las estaciones
de monitoreo rastrean los satl ites continuamente y le pasan los datos a la estacin
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control. La estacin control calcula las orbitas y los coeficientes de correccin de los
relojes y los enva a una estacin de carga. La estacin de carga transmite los datos a
cada satl ite como mnimo una vez por da.
1.1.5 Correccin de errores
Algunas fuentes de error en GPS son dif c i les de el iminar. El calculo asume que la
velocidad de propagacin de la seal de radio es constante, la velocidad de la luz.
Desafortunadamente la velocidad de la luz es constante en el vaco. Cuando la seal
GPS entra a la ionosfera (una banda de partculas cargadas de 80 a 120 mil las
alrededor de la superficie de la t ierra) y a la troposfera (nuestro cl ima), causas
externas retardan la seal, y provocan que el calculo de la distancia sea incorrecto.
Los receptores Trimble t ienen algunas correcciones para estos retardos.
Errores en los relojes atmicos y las orbitas de los satl ites, pueden ocurrir, pero
estos son menores y se ajustan desde las estaciones de monitoreo.
La interferencia Mult ipath puede introducir error en una posicin GPS. Esto ocurre
cuando la seal rebota en objetos cercanos de la superf ic ie terrestre. La seal
ref lejada interf iere con la seal original. El procesamiento de la seal y antenas
apropiadas pueden minimizar el efecto multicaminos.
Otra fuente de error signif icativa es la Selective/Availabi l ity (S/A): una degradacin
intencional de la seal, operada por el DoD. Esta fuente causa error en la posicin GPS
de 100 metros o mas. Esta inf luencia puede burlarse mediante las tcnicas de
Correccin Diferencial.
1.2 Centro de Informacion GPS
La Guardia Costera de U.S. opera el GPS Information Center (GPSIC). Es un servicio
gratuito. El GPSIC tiene un registro del estado del sistema GPS, un operador disponible
las horas normales de trabajo y un Bulletin Board computarizado. Para conectarse
consultar Manual original.
1.3 Componentes del Sistema de Mapas GPS
Trimble Navigation Limited produce una variedad de productos diseados
especf icamente para apl icaciones de Sistema de Mapas y Servicio de Informacion
Geogrfica. El los son rpidos y exactos para crear y mantener datos en las bases de
datos geogrficos. Los productos de Mapas incluyen receptores GPS, datacolectores y
software. Esta seccin trata cada uno de esos componentes.
1.3.1 Receptores
Los receptores GPS calculan posiciones cada un segundo y aseguran una exactitud
submetrica a 5 metros, con Correccion Diferencial. Los receptores varan en tamao,
peso, cantidad de posiciones que almacenan, y en numero de canales que usan para
rastrear satl ites. Durante una travesa o estando parados en un sit io, los receptores
reciben seales desde los satel ites GPS y luego calculan la posicin. La posicin
calculada se muestra en pantal la como coordenadas. Los receptores GPS tambien
calculan la velocidad, el heading y el bearing del viaje, cuando se navega entre dos
puntos (heading, azimut de viaje; bearing, azimut necesario para l legar a destino).
1.3.2 Colectores de Datos
Son computadoras de mano con software de coleccin de datos. Algunos registran
atributos de punto mientras otros solo almacenan posiciones. El software controla al
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receptor GPS. Parmetros de configuracin controlan la frecuencia y cantidad de datos
almacenados. Los datacolectores varan segn el peso, tamao, t ipo de dato que
almacenan, cantidad de informacion que almacenan, etc. Algunos datacolectores se
pueden conectar por separado al receptor GPS. Algunos combinan el receptor GPS y el
datacolector en una simple pieza de hardware.
1.3.3 Software
Cada sistema de mapas GPS viene con un programa procesador. Despus de volver del
campo, el software permite descargar la informacion de posiciones y caracterst icas
desde su colector de datos a su Pc. El software mejora la exactitud de los datos usando
una tcnica que se l lama Correccin Diferencial. El software muestra sus datos GPS.
Algunos programas proporcionan la edicin de funciones de modo que los datos de
posiciones y atributos puedan manipularse, ajustar o borrar. Algunos programas
tambin permiten funciones de graficacin. Los paquetes de software varan de
acuerdo a la cantidad de edicin de caracterst icas y posibi l idades de exportacin. GPS
ayuda en la captura de caracterst icas y atributos geogrficos, que luego pueden
ingresarse a los Sistemas de Informacion Geogrfica u otras bases de datos. El
programa procesador de datos GPS exporta los datos a un GIS pudindose combinar
con la informacion de otras fuentes para el ulterior anl isis del mapa.
1.4 Correccin Diferencial
Es una tcnica que aumenta la exactitud de los datos GPS colectados. Implica el uso de
un receptor en un punto de coordenadas conocidas, la estacin base, y la coleccin de
posiciones GPS en locaciones desconocidas con otros receptores, mviles o remotos.
Los datos colectados en el sit io conocido se usan para determinar los errores
contenidos en los datos satel itales. La informacion de la estacin base se apl ica luego
a los datos colectados por los receptores mviles y fuera de la sesin de coleccin de
datos, las diferencias se usan para cancelar los errores de las posiciones moviles3. Ud.
necesita conocer la posicin de la estaci base con mucha precisin ya que la exactitud
del mtodo depende de ese dato clave.
3 Las fuentes de errores incluyen: Selective Availabi l ity, relojes de los receptores,
relojes de los satl ites, retardo inosferico y atmosfrico.
Existen dos mtodos para real izar la Correccin Diferencial: Tiempo real y
Postprocesamiento.
1.4.1 Real-Time Differential Correction
La estacin base calcula y transmite por radio el error de cada satl ite a medida que
recibe los datos. Esta correccin la recibe el Rover y la apl ica a la correccin de las
posiciones que esta calculando. El resultado es que la posicin mostrada en pantal la es
posicin corregida diferencialmente. Estas posiciones corregidas se pueden guardar en
un archivo del data colector. Las correcciones en t iempo-real son formateadas usando
las recomendaciones de RTCM SC-1044. Todos los receptores Trimble pueden ejecutar
este mtodo.
4 Esto es Radio Technical Commission for Marit ime Services Special Comittee Paper
N104. Este paper recomienda un mtodo de codif icacin de la seal GPS diferencial
para ser usado por receptores remotos.
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1.4.2 Postprocessed Differential Correction
La estacin base registra el error de cada satl ite en un archivo de su computadora. El
rover tambin graba sus propias posiciones en un archivo de su computadora. Cuando
se regresa a la Oficina, luego del trabajo de campo, los dos archivos son sometidos a
un proceso del software cuyo producto es un archivo rover corregido diferencialmente.
Todos los productos del Sistema de Mapas Trimble incluyen software para ejecutar este
mtodo.
Una caracterst ica exclusiva del Sistema de Mapas Trimble es que las dos tcnicas de
correccin se pueden usar siempre. Si por ejemplo, mientras usa real-t ime, el radio
enlace se pierde o la seal se vuelve intermitente (Ud. esta fuera de sintona), el
receptor continua registrando posiciones incorrectas que despus se pueden corregir
mediante el post-procesamiento.
1.5 Aplicaciones de GPS
El Sistema de Mapas GPS de Trimble se puede usar en una variedad de apl icaciones.
Crean y actual izan base de datos GIS en diversas discipl inas de las ciencias de
recursos naturales, desarrol lo y anlisis urbano, agricultura y ciencias sociales.
Informacion de posicin, t iempo y caracterst icas se colectan caminando, navegando,
viajando por t ierra y volando alrededor de los lugares de inters.
1.5.1 Aplicaciones a los Recursos Naturales
Especial istas en recursos naturales como forestadores, gelogos, gegrafos y biologos
usan el sistema de mapas GPS para registrar informacion de posicion y atributos. Por
ejemplos, los forestadores registran informacion de atributos acerca de la edad, alto,
cantidad y t ipo de madera que luego sirve para desarrol lar standares de maderas,
replantacion, etc. Los Biologos ubican los habitats si lvestres, los mapean y registran la
cantidad de animales y otros atributos.
GPS ayuda en la coleccin de datos del suelo que combinados con modelos de terreno
permiten predecir reas que requieren un manejo especial. Algunas otras apl icaciones
a los recursos naturales incluyen el mapeo de pozos de agua; levantamiento de lagos,
reas de inundacin, r os, habitats de peces y vida si lvestre, cambios de la l nea
costera, clasif icacin de zonas por vegetacin y cl ima, etc.
1.5.2 Aplicaciones Urbanas
Incluyen mapeo de transporte e infraestructura. Las cal les y rutas se pueden
digital izar con mviles que recorren los caminos. El estado de las rutas, pel igros y
reas que necesitan reparacin se ingresan al levanta-miento como caracterst icas,
atributos y valores para real izar un inventario y anlisis posterior con un programa
GIS.
GPS participa en el mapeo elctrico, telefnico, cursos y depsitos de agua, red de
gas, red cloacal. Items como baches, hidrantes contra incendios, se pueden mapear
como puntos con informacion asociada. Los servicios de inspeccion y mantenimiento
usan GPS para desplazarse hasta el lugar directo donde necesitan atencion.
Otras apl icaciones urbanas consisten en el mapeo de parcelas de t ierra, cal les
caracterist icas, edif ic ios publicos,etc.
1.5.3 Aplicaciones Agricolas
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El sistema de mapas GPS ayuda a del inear t ierras aptas para la labranza. Microcl imas,
t ipos de suelo, cosechas, reas con malezas, plantas deseadas, daos por insectos y
campos de cosechas se pueden registrar y georeferenciar. La posicin del tractor o el
aeroplano se pueden relacionar con el t ipo de suelo para apl icar productos qumicos
solo donde son necesarios. Esto reduce los costos y la contaminacin de suelos y aguas
por exceso de apl icacin de fert i l izantes e insecticidas. La tecnologa GPS asiste a los
agricultores en registrar la historia de los campos y poder analizar el efecto de la
practica de diferentes t ipos de cult ivos.
1.5.4 Aplicaciones en Ciencias Sociales
Arquelogos e historiadores usan el sistema de mapas GPS para orientarse y l legar a
sit ios de inters. Para proteger esos sit ios de la destruccin furtiva los waypoints
l levan nombres codif icados. Cuando se encuentra el waypoint deseado una nota
grabada permite entrar al GIS u otra base de datos. Una apl icacin en ciencias sociales
fue un estudio real izado por antropologistas en la jungla de Venezuela. Los
antropologistas exploraron territorio desconocido en la jungla y usaron el sistema de
mapas GPS para local izar y mapear tr ibus desconocidas. La posicin y datos culturales
que fueron colectados ayudaron al gobierno para crear reas de reserva que
aseguraron a las poblaciones indgenas la no perturbacin por parte del desarrol lo
econmico.
1.5.5 Otras Aplicaciones
El sistema de mapas GPS se puede usar en algunas apl icaciones que requieren t iempo
y posicin precisos y otra informacion especif ica. El producto f inal no se l imita a
grficos y mapas. La posicin y t iempo registrados se pueden transferir a un software
para su posterior procesamiento. Permite ubicar rpidamente lugares especf icos donde
se requiere la asistencia por naufragios, incendios, etc. Montando receptores GPS en
aviones o hel icpteros y volando alrededor de superf icies afectadas, se puede
establecer rpidamente el rea bajo fuego. El permetro incendiado se grafica
superpone con mapas existentes para asist ir a los bomberos. El rea bajo fuego y el
permetro se convierten a formato GIS para asistir la operacin de ataque. Un rasgo
destacado de los sistemas de mapas GPS es que mantienen un sistema de referencia
comn para la coleccin de datos. Cuando se usa GIS , es frecuente la necesidad de
usar un mismo sistema de referencia con sets de datos de procedencia diferente. Los
datos colectados con GPS pueden ser referenciados para controlar puntos en una
superf icie geodsica mundial (esto es, una superf icie referida a un el ipsoide). GPS usa
el World Geodetic System-1984 como sistema de referencia comn. El sistema de
mapas GPS es tambin ti l en datos de imgenes satel itales de la t ierra, mapas
digitales y para la georreferenciacion de fotogrametra.
1.6 Lecturas sugeridas
Para mas informacion de GPS, consulte lo siguiente:
v D.Wells, Guide to GPS Posit ioning.
v A.Leick, GPS Satel l ite Surveying.
v B.Hofmann y otros, Global Posit ioning System, Theory and Practice.
v GPS World, News and Applications of the Global Positt ioning System.
Para mayores detal les de esta Bibl iografa, ver manual original.
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2. Introduccion al GIS
Un GIS es un sistema de gestin de una base de datos computarizada, diseada para la
captura, almacenamiento, anl is is y muestra de datos espaciales. Otros paquetes de
software que se usan para mapear incluyen sistemas de diseo y dibujo (CAD), mapeo
automatizado (AM), sistemas de gestin fci l (FM), o Sistemas de informacion terrestre
(LIS). A los f ines de nuestra discusin todo se referir a Sistema de Informacion
Geogrfica. Cada objeto encontrado en un GIS se puede relacionar a un lugar de la
t ierra y puede ser mapeado. Los objetos de un GIS se definen mediante su local izacin
y mltiples atributos que describen las caracterst icas del objeto. Los archivos que
contienen informacion GIS se pueden relacionar a otros en una base de datos
geogrficos continua. El sistema de mapas GPS de Trimble t iene una herramienta de
captura de datos para un GIS. Su paquete de mapeo Trimble, incluye un software de
procesamiento que permite transferir sus datos GPS a un GIS de manera fci l y
eficiente.
1.7 Data Capture
Un GIS le permite integrar datos que han sido colectados en diferentes fechas, a
diferentes escalas y usando variados mtodos de captura. Las fuentes de datos
incluyen mapas en papel o transparencia, datos escritos, archivos digitales, e
informacion almacenada en la memoria humana. Sin un GIS la integracin de datos es
muy lenta y cara. En el pasado los datos para un GIS eran capturados digital izando
mapas existentes, ingresando manualmente los datos y escaneando informacion. Los
mapas originales contenan errores de transcripcin y estaban en una escala no
deseada. Un GIS contiene informacion actual izada. GPS le permite obtener exactitud,
datos actual izados donde y cuando los necesita, a un costo relativamente bajo. Con la
herramienta mapa GPS puede definir un diccionario de datos y colectar atributos en el
campo al mismo tiempo que colecta datos posiciones. Esto es rpido, el imina errores
de transcripcin y asegura que la informacion en su base de datos es actual izada. La
captura de datos para un GIS es una tarea interminable. La necesidad permanente de
colectar datos nuevos para un GIS es lo mas caro. Con la herramienta de captura de
datos GPS se abrevia y simplif ica la coleccin de datos para un GIS logrando al mismo
tiempo exactitud y actual idad.
1.8 Tipos de Datos
Hay dos t ipos principales de datos en un GIS: datos cartogrficos y no-grficos.
1.8.1 Datos Cartogrficos
Los datos cartogrficos es informacion almacenada en forma digital. Son las
caracterst icas geogrficas que describen un mapa. Estas caracterst icas se clasif ican
como puntos, l neas y pol gonos. (Los pol gonos se l laman tambin reas o regiones).
Cada entidad de un mapa se puede definir como un punto, l nea o pol gono.
Points
Un punto representa una caracterst ica para el cual es necesario solo las coordenadas
del lugar geogrfico. Ejemplos de puntos-caracterst icas son los vrtices de un rea
rectangular, ojos de agua, accidentes de traf ico, postes de uti l idad publ ica, cruce de
cal les, etc.
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Lneas (arcos)
Una l nea esta hecha de una serie de puntos conectados. Es una entidad
unidimensional que tiene largo pero no ancho. Ejemplos de l neas son senderos de
animales, rutas, borde parcial de un lago, cualquier trayectoria o recorrido, etc.
Polgonos (reas)
Un pol gono es una rea cerrada por l neas. Es bidimensional; el rea encerrada por el
pol gono tiene ancho y longitud. Ejemplos de caracterst icas-polgonos son el permetro
de un volcn, la ori l la de un lago, los l imites de cualquier regin, etc.
1.8.2 Datos no-grficos
Esto es informacion descriptiva almacenada en una base de datos, relacionada a
caracterst icas local izadas en un mapa. La informacion descriptiva se l lama un atributo.
Un atributo comn a todas las caracterst icas es su posicin geogrfica el cual puede
l levar el nombre LOCATION. Otros atributos dependen la caracterst ica mas
importante para una propsito determinado. Por ejemplo:
v Una parcela de t ierra t iene dueo, tamao y un uso.
v Un pozo de petrleo es de cierto t ipo y t iene un rendimiento diario.
v Una camino t iene nombre, t ipo de calzada, y puede estar designada como ruta
con numero.
Cada una de estas caracterst icas se pueden identif icar especf icamente en un GIS
dndole al atributo un nombre. como DUEO, NOMBRE DE CALLE, USO DEL
TERRENO, ETC.. Cada atributo t iene un conjunto de posibles valores l lamados de
dominio. El dominio del atributo ROAD-NAME es el nombre de todas las cal les en el
rea de inters. Cada caracterst ica t iene asociada atributos y, estos, valores. Por
ejemplo, las cal les en general t iene nombres pero una cal le particular se l lama Ignacio
de La Roza. El atributo Nombre de Calles es de todas las cal les e Ignacio De La
Roza es el valor de dicho atributo para una cal le especif ica.
1.9 Estructura de los Datos
Hay dos t ipos de estructura de datos: topologa y capas.
La topologa se ref iere a la relacin espacial subyacente que conecta las
caracterst icas. La topologa proporciona la lgica que conecta puntos, l neas y
pol gonos con el siguiente y esto no puede ser modif icado por el operador. Las capas
permiten que el usuario pueda estructurar los datos en el GIS.
1.9.1 Topologa
La informacion topolgica describe como las caracterst icas espaciales se relacionan
unas con otras y por lo general esto no puede ser cambiado por el operador. Cuando se
describe donde esta algo, se dice que esta a la izquierda o mas adelante o a alguna
distancia de otro objeto. Esta definicin no es precisa siempre para un GIS. El GIS
requiere definiciones precisas que le proporciona la topologa para real izar anlisis del
espacio. La topologa define el parentesco posicional de las caracterst icas mediante la
definicin de los atributos. Esto incluye informacion acerca de que niveles son
conectados entre caracterst icas, como los puntos se conectan entre si y aquel las
l neas que conforman polgonos. Esta informacion es almacenada dentro del GIS.
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La informacion topolgica permite al GIS real izar relaciones subyacentes de manera de
subrayar pol gonos o separar pol gonos, determinar si una l nea esta dentro de un
pol gono, y determinar la proximidad de una caracterstica con otra. El anlisis y
manipulacin real izadas mediante sistemas GIS no-topolgicos es muy l imitada. (como
es un sistema CAD). Antes de adquir ir un GIS piense en su estructura subyacente y
asegrese que cumple con los requerimientos deseados.
1.9.2 Capas
Muchos GIS permiten separar la informacion de un mapa en categoras lgicas l lamadas
mapa-capas. Tambin se l laman mapas temticos, niveles o coberturas. Las capas
contienen informacion acerca de un t ipo de caracterst ica, t ipos de suelos, reas, o
acerca de un pequeo grupo de caracterst icas relacionadas, como son servicios
pblicos (l neas de gas, telfono, electricidad, por ejemplo). Los datos estn
clasif icados dentro del mapa en capas lgicas de manera que se pueden anal izar por
separado, solas o combinadas con otras capas. Para obtener del anl is is resultados
ti les, todas las capas de datos del GIS se pueden registrar en el sistema de
coordenadas de la base de datos. Las capas se pueden usar para la creacin de mapas
compuestos mediante la superposicin de los mismos en la pantal la de la computadora
o en un proyector. Durante el anl isis se crean nuevas superposiciones mediante la
combinacin de las existentes. Nuevas composiciones se pueden lograr para crear
nuevos escenarios. Lgicamente la separacin de datos en estratos faci l i ta la gestin y
el uso de la base de datos y sus productos.
1.10 Anlisis de Datos
El anl isis de datos permiten derivar nueva informacion desde los contenidos de la
base de datos. El anlisis de datos incluye:
v Separacin de caracterst icas por capas.
v Interrogar por propiedades de caracterst icas.
v Reclasif icacion, fusin y borrado de caracterst icas.
v Pulimiento de
caracterst icas.
La f igura 2-1 es un ejemplo de
una simple interrogacin. El
operador de GIS necesita
conocer que casas estn
construidas en terreno de
rel leno. Dos t ipos de datos,
t ipos de suelo y ubicacin de
casas para una rea geogrfica
definida, se usan para
responder la pregunta.
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El GIS usa los datos provistos por ambas capas de informacion y las integra para
formar una nueva fuente de informacion. El enlace entre las dos capas de informacion
es la ubicacin geogrfica (latitud y longitud) de cada entidad. Siguiendo la simplicidad
del ejemplo es fci l para el ojo humano seleccionar las casas construidas en el rea de
rel leno. No obstante si su rea de trabajo es muy grande, la tarea puede ser dif c i l .
1.11 Datos Mostrados
La muestra de datos incluye la creacin de grficos, muestra estadst ica de datos,
creacin de productos cartogrficos y el informe de estos productos combinados.
Algunos productos creados con un GIS son simples pantal las escritas. Otros productos
son copias r gidas de archivos tabulares o mapas o archivos para usar en otros
programas de computacin.
1.12 Gestin de Datos
Los datos GIS deben ser usados cuidadosamente si es para proporcionar informacion
ti l . El manejo de datos incluye la creacin de mtodos estndar para la introduccin,
actual izacin y recuperacin de datos. El gerenciamiento de datos tambin involucra la
capacidad de almacenamiento de archivos y el control de usuarios para el acceso de
archivos para leer, modif icar u otros propsitos. Ud. necesita un GIS organizado y
f lexible para real izar eficientemente las tareas de gerenciamiento.
1.13 Lecturas sugeridas para GIS
Para mas informacion de GPS consulte los siguiente:
v P.A Burrough, Principles of Geographical Information Systems for Land
Resources Assessment.
v C.J. Date, An Overview of Database Management.
v P.H. Denninson, 1991-1992 International GIS Sourcebook.
v P.Denshem, Spatial Decision Support Systems.
Y sigue la l ista. Para mayor informacion consultar paginas 2-8 y 2-9 del Manual
original.
Colectar datos GPS para un GIS
GPS es una excelente herramienta de captura de datos para la creacin y
mantenimiento de un GIS. Existen algunas consideraciones a tener en cuenta mientras
se usa GPS para capturar datos para un GIS, como es la preparacin del colector de
datos en el campo y durante el procesamiento posterior en la of icina.
3.1 Ventajas de la coleccin de Datos GPS
Existen varias maneras de capturar datos para un GIS: digital izando y escaneando
mapas existentes, usando fotografas areas y fotogrametra, t ipeando texto
manualmente en una base de datos y transfir iendo archivos desde otras fuentes. GPS
proporciona una tcnica de captura de datos que es rpida y precisa. Es importante
que el dato ingresado a un GIS sea exacto. Un GIS mejora la investigacin y toma de
decisiones, pero el valor derivado de la informacion de un GIS reside en los datos
ingresados. Datos de cal idad pobre ocasionan errores o interpretaciones poco claras.
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GPS es una excelente herramienta para colectar datos geogrficos precisos. El uso de
GPS le proporciona informacion actual izada. Una causa de error frecuente en GIS es la
fuente de material pobre: mapas demasiados viejos muestran solo parte del detal le,
estn fuera de escala o no contienen la informacion requerida. Los datos GPS son
colectados directamente en el campo y son transferidos a un GIS con informacion
actual izada. Los errores con otros mtodos de captura de datos se introducen durante
la transcripcin de datos, entrada de texto y digital izacion. Debido a que los datos GPS
se capturan en forma digital, es mas rpido y fci l transferir los a la base de datos del
GIS. El error de transcripcin queda el iminado. Uno de los problemas mas comunes con
las fuentes de materiales es la exactitud geogrfica. Fuentes de materiales pobres,
instrumentos defectuosos o poco alcance o errores de operador, disminuyen la
precisin de las posiciones por debajo del nivel de tolerancia. Por lo general los fondos
y el t iempo son insuficientes para la coleccin de datos que requieren cierto nivel de
exactitud. Las posiciones GPS pueden usarse para verif icar la exactitud de otros mapas
y productos GIS por medio de la comparacin de los datos GPS con el mapa o GIS
cuestionado. Puede comparar datos mediante la creacin de grficos a escala deseada
o puede importarlo dentro de un GIS existente para compararlo.
3.2. Consideraciones sobre la Coleccin de Datos
Esta seccin subrayar la importancia de planif icar antes de usar GPS para colectar
datos GIS.
3.2.1 Definicin de Dato
Decidir cuando se quiere colectar es un aspecto importante de su operacin. Piense
sobre la cantidad de datos que quiere colectar, la estructura y si sern adecuados a los
ya existentes. Antes de empezar haga un plan cuidadoso en un papel. Cree un plan
prel iminar para su proyecto describiendo el propsito, alcance y trabajo, y el posible
uso de los datos. Si su proyecto es muy grande seria preferible que lo discuta con
agencias o expertos locales. Hay que considerar que la informacion valorable y el uso
potencial de los datos puedan afectar la definicin del proyecto. Cuestionarios,
reuniones o l lamadas telefnicas pueden ser apropiados si la base de datos ser
compartida por muchos usuarios. Si Ud. t iene un sistema que le permite colectar
caracterst icas y atributos, necesita un software para crear el diccionario de datos. Un
data dict ionary es lo mismo que una l ibreta de campo que l ista las caracterst icas que
Ud. quiere colectar. Eso se transfiere a su colector de datos y a medida que se real iza
el levantamiento, se seleccionan las caracterst icas y atributos apropiados. La creacin
del diccionario es importante para que la informacion adquirida en el campo este de
acuerdo a la pregunta formulada antes al GIS. Debera leer el Manual del Usuario del
Software y famil iarizarse con la creacin de un diccionario. Algunos aspectos
relacionados a la creacin de un diccionario de datos a tener en cuenta, son los
siguientes:
v Cual es la apl icacin en el GIS? Esto afecta la informacion que se va a colectar.
v Cuantas caracterist icas quiere colectar? Tanto el Sof-tware GPS como el GIS
t ienen l imites. Mediante la captura de uno o dos atributos, ud podria atraer el
interes de otro grupo de sus potenciales usuarios. El valor de la base de datos
crece si la cantidad de informacion es mayor.No obstante hay que tener en
mente esas l imitaciones. Datos redundantes hacen larga la se-sion de captura y
el proceso.
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v Como estn estructurados los datos? Piense como se relacionan entre si
diferentes caractersticas en la vida real y en el GIS. Considere como el GIS
establece la relacin subyacente (parentesco) entre una caracterst ica y sus
atributos y si esto inf luye el diseo de su diccionario de datos.
v Como colectara los datos? Diferentes t ipos de caracterst icas se pueden
combinar en un archivo o se pueden capturar por separado en diferentes
archivos.
v Cuales son las l imitaciones de una diccionario? Ud. necesita mas de uno? Existen
l imites internos de espacio, cantidad de caracteres y cantidad de caracterst icas.
Refirase a Gua del usuario del software para mayor informacion.
v Como procesara los datos? Famil iarcese con su procesador de datos GPS. Hay
formas de editar y manipular los datos que pueden afectar su decisin de cmo
capturar-los. Por ejemplo Ud. puede combinar caracterst icas des-de archivos
separados en uno solo o separar una combinacin de caracterst icas en varios
archivos.
v Que pasa con los datos existentes? Si Ud. ya cuenta con una base de datos
piense como l igar el diccionario para que la nueva informacion sea adecuada a la
que ya existe.
v Que unidades, datum y sistemas de coordenadas va a usar ?. Estos parmetros
hay que configurarlos tanto en la PC como en el receptor. Si ya cuenta con datos
debera usar la misma configuracin para que la transferencia a GIS resulte
apropiada.
Algunos productos mapa GPS no incluyen la posibi l idad de crear diccionarios de datos.
No obstante se pueden colectar en el campo, caracterst icas puntos, l neas y pol gonos
de la manera descrita en seccin 3.2.3.
3.2.2 Cuando y donde capturar Datos
Decidir el lugar y el momento de la captura de datos depende de la apl icacin. En
general hay que pensar en las condiciones del t iempo y del terreno, el tamao del rea
del proyecto y las obstrucciones que afecta la visibi l idad satel ital en muchos lugares.
Tambin es conveniente para lograr precisin, capturar bajo una buena configuracin
de satl ites. El software trae una opcin que permite planif icar la sal ida seleccionando
el mejor momento.
3.2.3 Colectar Datos en el Campo
Los pasos especf icos que hay que dar para la coleccin de datos f iguran en el manual
del receptor. No obstante esta seccin se ref iere a unos pocos puntos que Ud. debe
tener en cuenta a la hora de capturar datos. La forma en que los datos se van a
capturar depende de la capacidad tanto del usuario como de su sistema de mapa. Si
cuenta con diccionario puede abrir un archivo y seleccionar la caracterst ica que desea
registrar. Si no t iene diccionario recomendamos registrar una caracterist ica por
archivo; por ejemplo, un archivo para hidrantes contra incendio, un archivo por cal le.
Ud. puede identif icar la caracterst ica ingresando una nota o mediante el nombre del
archivo. La denominacin de archivos es una parte importante en la coleccin y
procesamiento de sus datos. Permite rastrear los conjuntos de datos estableciendo una
denominacin convencional para su oficina. Con GPS se pueden colectar cantidades
enormes de datos rpidamente. El rastreo y recuperacin de datos puede ser un
problema si la gestin es pobre. El personal que usa la database debiera adoptar la
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misma convencin y usarla consecuentemente. El nombre del archivo puede incluir
alguna indicacin sobre su identidad. Hay tres formas populares de hacer esto. DD son
caracteres para el dia, MM para el mes, YY para el ao y HH para la hora. Las XX estn
reservadas para letras o nmeros que identif ican la caracterst ica, el receptor, el t ipo
de receptor, la of ic ina o el grupo o la estacin base. Recuerde que el nombre esta
l imitado por DOS a un mximo de ocho caracteres.
XXDDMMYY.SSF Por ejemplo: FH11O393.SSF
Ventaja: Esta marcada la fecha claramente.
Desventaja: La fecha se l leva 6 caracteres y deja solo 2 para el archivo.
Archivos colectados en la misma fecha l levan el mismo nombre.
XXXXDDMM.SSF Por ejemplo: FHYR1108.SSF
Ventaja: El da y el mes estn marcados claramente y ocupan 4
caracteres dejando 4 para la identif icacin. Archivos
colectados el mismo da t ienen el mismo nombre.
Desventajas: Los nombres se repiten despus de un ao
XXXXXDDD.SSF Por ejemplo: FHYRT365.SSF
Ventajas: Lleva 3 para identif icarlo dejando 5 para caracterizarlo.
Desventajas: Los nombres se repiten despus de 1 ao.
Los archivos colectados el mismo da l leva el mismo nombre.
XMMDDHHX.SSF Por ejemplo: R012110.SSF
Ventajas: La mayora de los datacolectores generan automticamente este
nombre. Deja solo 2 caracteres para identif icarlo.
Desventajas: Lleva 6 caracteres para identif icar la Los archivos colectados en la
misma hora l levan el mismo nombre.
3.2.4 Procesamiento de los Datos
Cada vez que Ud. a colectado datos, use el software GPS para descargarlos en su PC
para corregirlos, mostrarlos, manipularlos y transferir los a un GIS en formato
apropiado. Los pasos especf icos estn expl icados en su manual gua de usuario.
Es importante recordar lo siguiente:
v Configure una denominacin de archivos convencional.
v Haga copias de seguridad de todos los archivos antes de transferir los.
v Asegrese de que sean correctos las unidades, el datum y el sistema de
coordenadas cuando convierta archivos de datos a archivos GIS.
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4 Datos GPS precisos
La exactitud GPS puede variar desde 1 cm a mas de 100 metros, dependiendo del
equipo, las tcnicas de procesamientos de datos y otros factores.
El grado de exactitud de sus datos depende de s conocimiento y habil idad del uso de la
Tecnologa GPS.
Recuerde que las coordenadas horizontales derivadas de GPS son cinco veces mas
exactas que las coordenadas verticales del mismo punto. Algunas tcnicas y
equipamiento logran una precisin de 1 cm horizontal y la exactitud vertical asociada
de 2 a 5 cm. Existen tcnicas y equipos que dan solo 2 a 5 metros de exactitud
horizontal. La exactitud vertical asociada es de algunas decenas metros.
Esta seccin ensea conceptos que le ayudaran a maximizar la exactitud de sus datos
GPS. Se consideraran los siguientes tpicos:
v Equipo.
v Plan de Coleccin de Datos.
v Parmetros recomendados para coleccin de datos.
v Procedimientos de coleccin de datos.
v Postprocesamiento de datos.
4.1 Equipo
El equipo que el i ja afectara la exactitud de las posiciones GPS.
4.1.1 Receptores
Los receptores Trimble se dividen en dos categoras en funcin del procesamiento de la
seal GPS:
v Receptores que usan la informacion contenida en el cdigo C/A para calcular
posicin.
v Receptores con canal de fase que usan la seal de radio propia para calcular
posicin.
Estos dos procesos no son mutuamente excluyentes, algunos receptores de cdigo C/A
pueden real izar tcnicas que procesan la fase de la seal y todos los receptores de
fase de seal calculan posiciones C/A. Sin Selective Availabi l ity estas posiciones
poseen una exactitud de alrededor de 12 metros CEP1 (30 metros 2Dmrs). Para mas
informacion ver Selecive Availabli l ity en seccion 4-6.
Receptores que usan codigo C/A
El rango de precisin varia de submetrico a 5 metros CEP1 con correccin diferencia.
CEP: media del 50% de las posiciones que estan dentro de un circulo horizontal con
radio igual al valor especif icado. 2dRMS es la media de aproximadamente el 95% de las
posiciones dentro del valor horizontal especif icado.
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Los receptores de cdigo C/A no necesitan mantener una conexin constante con los
satl ites para calcular posicion. Esto permite usar el receptor de cdigo C/A en
ambientes hosti les como debajo de rboles.
Receptores con canal de fase
La tcnica de procesamiento de la fase de la seal requiere mlt iples receptores
funcionando simultneamente. La capacidad de precisin de estos receptores es de 1
cm 1 parte por mil ln de la distancia entre dos receptores. Esta distancia se ref iere
comnmente a la distancia de la l nea de la base. Los receptores de fase t iene mas
elaborado el post-procesamiento y los requerimientos para la coleccin de datos son
mas estrictos. Los receptores de fase en modo cinemtico requieren conexin
constante a cuatro satl ites como mnimo para calcular posicion. Los receptores de
fase requieren cielo claro para ver satel ites.
Numero de Canales
Un minimo de cuatro satel ites GPS se requieren para calcular posicion GPS exacta en
tres dimensiones.
Advertencia: las posiciones GPS se pueden calcular con 3 satl ites si Ud. proporciona
el dato alt itud. No obstante, si la alt itud (respecto al el ipsoide WGS-84) es incorrecta,
la posicin calculada ser tambin incorrecta en una magnitud similar. Esto se conoce
como calculo de posicin GPS en dos dimensiones (2D). Son posiciones por lo general
inexactas porque es dif c i l obtener una alt itud exacta.
Un receptor de canal simple puede recibir secuencialmente las seales de todos los
satl ites requeridos. El canal tambin es compartido entre los satl ites rastreados para
obtener el mensaje de navegacin. Un receptor GPS multicanal usa varios canales para
rastrear satl ites en forma simultanea. Los receptores GPS multicanal trabajan mejor
que los de canal simple. Si las condiciones son buenas para un receptor de cdigo de
un solo canal, estacionario, sin obstrucciones en el cielo, sin efecto multipath u otra
causa de degradacin de la seal, la diferencia es despreciable. No obstante, en la
practica, el receptor se t iene que mover para muchas apl icaciones y las seales de los
satl ites se pueden interrumpir momentneamente e interrumpen las funciones del
receptor. Se necesita al menos 4 canales para el procesamiento de la fase de la seal y
obtener alta precisin. Esto se debe a que un receptor de fase dedica un canal a cada
satl ite que rastrea. Cuando un receptor GPS se usa como estacin base, es
imprescindible que rastree cada satl ite visible. Por esta razn los receptores Trimble
diseados para ser usados como estacin base t ienen entre nueve y doce canales.
Cuando se usa mascara de elevacin recomendada, hay pocos lugares que t ienen mas
de nueve satl ites visibles simultneamente y ninguno que tenga mas de 12. Los
receptores Trimble diseados para ser usados como rovers pueden rastrear como
mnimo ocho satl ites. Esto es mas que suficiente para apl icaciones mviles. En estas,
se requieren cuatro o mas satl ites para calcular posicin. Los receptores corrientes,
grado Mapas, de Trimble traen entre seis a doce canales. Los receptores que t ienen de
ocho a doce canales, rastrean satl ites continuamente, y siguen simultneamente
tantos satl ites como canales. Para modelos de seis canales, el receptor rastreara a
seis satl ites al mismo tiempo. Cuando hay visibles mas de seis satl ites, el receptor
sigue a los cinco que ofrecen PDOP mas bajo y f i ja posicin. Usa el sexto canal para
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rastrear en forma secuencial el resto de los satl ites. Esto es conveniente cuando se
quiere leer una posicin y un satl ite, de los cinco canales, es obstruido por un edif icio
o rbol. El secuenciamiento optimiza la energa consumida y actual iza la medida.
Receptores de codigo C/A o P
Los satl ites GPS transmiten dos cdigos por el mismo canal. Los receptores grado
Mapas de Trimble, de uso civi l , uti l izan el codigo Coarse/Acquisit ion. Los satl ites
tambin transmiten el cdigo Preciso (P-code). La mayora de los receptores mil itares
usan cdigo P. Unos pocos receptores de uso civi l pueden usar cdigo P, adems de
cdigo C/A. El cdigo P es mas exacto, pero en general esta restringido a uso mil itar.
Los mil itares se reservan el cdigo P encriptado que pasa a l lamarse cdigo Y (Y-code).
Este encapsulamiento se l lama Anti-Spoofing (AS). Ver pag 4-7 para mayor
informacion.
4.1.2 Colector de Datos
Hay disponibles varios diferentes colectores de datos para usar con receptores GPS
Trimble. Varan en trminos de aptitud, requerimiento de energa, y capacidad de
datos. El t ipo de colector de datos seleccionado no inf luye en la precisin de los datos.
Una variedad de opciones ofrecidas son eficientes y faci l i tan la coleccin de datos para
su apl icacin. Si Ud. t iene que elegir debera basarse en su necesidad de informacion,
cantidad de posiciones y ambiente de trabajo que prefiere.
4.1.3 Satlites
Las seales satel itales GPS son a menudo degradadas intencionalmente para ocasionar
error en las posiciones y velocidades. GPS fue desarrol lado por el DoD de U.S.A.
primariamente para satisfacer necesidades mil itares de navegacin. En los primeros
t iempos de GPS, el DoD conciente de la precisin del sistema, denego autorizacion
para acceder a los usuarios civi les. La Selective Avail ibi l ity y el Anti-Spoofing son el
resultado de las directivas del DoD para degradar intencionalmente la precisin.
Afortunadamente los efectos de la S/A se pueden burlar completamente usando la
tcnica de Correccin Diferencial. Este proceso se discute en seccin 4.5.2.
Disponibilidad Selectiva
S/A es una introduccin del iberada de error en las mediciones GPS. Esta degradacin
de la exactitud la implementa el DoD de dos maneras: Errores predeterminados son
introducidos en los datos del mensaje de navegacin que transmiten los satl ites
(epsi lon). El resultado es que usuarios no autorizados (usuarios sin receptores que
neutral izan los errores) calculan posicin con error. Segundo, se altera el reloj del
satl ite (esto se l lama reloj confundido).
S/A produce grandes errores en la posicin, velocidad y t iempo. Con S/A inactiva y sin
Differencial Correction, la exactitud horizontal con receptores de simple frecuencia de
codigo C/A, se ha demostrado que es de alrededor de 12 metros CEP (o 40 metros 95%
del t iempo). Con S/A activa el error es de 40 metros CEP (o 100 metros 95% del
t iempo) sin correccin diferencial. El error vertical es siempre mayor. El DoD no ha
hecho ningn anuncio en relacin al error de la velocidad y el t iempo.
Anti-Spoofing
AS es el encriptamiento del iberado del cdigo P. El code-P encriptado pasa a l lamarse
code-Y. La AS no permite calcular, en las dos frecuencias, el retardo inosferico de la
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seal en t iempo real. Si se mide con code-P, el ruido y las interferencias son menores.
Los receptores Trimble Mapas no usan cdigo P, por lo tanto la AS no t iene
consecuencias para usuarios de receptores populares. Algunos receptores grado
topografa usan code-P.
Salud de los Satlites
Los satl ites transmiten normalmente un mensaje de salud en su seal. En ocasiones
este mensaje puede indicar un desperfecto del satl ite. Los receptores GPS eludirn
estas seales. Los satl ites son testeados por el segmento control terrestre, por las
siguientes razones:
v Durante las operaciones en orbita inicial, cuando el satl ite ha sido lanzado. Las
pruebas se ref ieren al satl ite, la orbita del satl ite y el comportamiento del
reloj cuando aun no han sido bien modelados.
v Mantenimiento peridico de las trayectorias orbitales y los relojes.
v Perodos especiales de pruebas sobretodo cuando a GPS se lo declara puesto en
servicio operacional.
v Reparacin de satl ites que funcionan mal.
Por lo general DoD anuncia cuando un satl ite t iene problemas. Esta informacion esta
disponible en un boletn, incluido el Servicio BBS. El grado de salud de todos los
satl ites se informa en el almanaque transmitido por cada satl ite. El almanaque se
actual iza diariamente y se transmite desde el satl ite cada aproximadamente12,5
minutos. Si su receptor colecta un almanaque con un satel ite fuera de servicio, ese
satl ite es eludido por el receptor. El receptor no rastrea esos satl ites ni los usa para
calcular posicin. Esto es hasta que el satl ite retorna a la normalidad. Si el satl ite
entra en servicio de nuevo, vendr incluido en el prximo almanaque y el receptor
rectif icara el dato, recibiendo la seal de nuevo. Si bien algunos receptores no usaran
la seal desde un satl ite con problemas, cuando Ud. usa el software par planif icar una
sesin de captura de datos, es importante tener en cuenta el almanaque, para ignorar
la informacion de satl ites con problemas. Si por ejemplo Ud. ignora un satl ite con
problemas en una estacin base luego los datos satl ites se registran en los archivos
base. De manera que hay que excluir los para que no alteren la precisin de los
resultados.
Satlites Habilitados No-habilitados
En los receptores todos los satl ites estn habi l i tados, por defecto. De esta manera
estn incluidos todos en los clculos. Algunos receptores Trimble permiten inhabil itar
un satl ite para que lo ignore, pero Trimble recomienda tener todos los satl ites
habil itados.
Advertencia: Hay otra razn para inhabil itar un satl ite que funciona bien. Se pueden
inhabil itar satl ites para investigacin, forzando al receptor a trabajar con una
configuracin especif ica.
Margen de Exactitud
El valor URA (User Range Accuracy) esta incluida en la seal del satl ite. Este valor
predice la exactitud de la medicin desde un satl ite especif ico. El URA puede verse en
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la pantal la del colector de datos. Si el URA es mayor que 30, la Disponibi l idad
Selectiva probablemente ha sido activada desde ese satl ite.
Antena Local
Las seales de los satl ites se pueden recibir desde cualquier direccin. Para mejorar
los resultados, la antena debera tener una vista clara del cielo. Unas pocas gotas de
agua en la antena no afectara la coleccin de datos. Las seales de los satl ites no
penetran superf icies metl icas, edif ic ios, rboles y otros objetos. Las seales se
debi l i tan cuando tienen que atravesar superf icies vegetales, de vidrio, plstico y otras
obstrucciones. Transmisores potentes (especialmente en la banda de microondas)
pueden perturbar la seal GPS. Evite la coleccin de datos en zonas de transmisin en
onda corta y cerca de radares potentes. La estacin base debe emplazarse en lugar con
cielo claro ya que el rover puede estar recibiendo seales que la base no ve. Si el
rover calcula posiciones con satl ites que la base no detecta, las posiciones no pueden
corregirse. Es mas dif c i l mantener una vista clara del cielo con el rover. Mientras se
registran datos en una local idad con rboles, por ejemplo, considere lugar para la
antena un metro o dos por encima del toldo vegetal. Evite estar prximo a edif icios.
4.2 Plan para la Coleccin de Datos.
Cuando use GPS debera planif icar la coleccin de datos de manera de aprovechar las
mejores condiciones. Muchos programas GPS de Trimble incluyen una opcin para
explorar los satl ites habi l i tados. El software puede predecir donde estn disponibles
los satl ites y cuando se presenta la geometra mas favorable.
4.2.1 Fecha, Hora y Lugar
Tres parmetros se requieren para obtener la prediccin de satl ites habi l i tados: la
fecha, hora y ubicacin de la zona de coleccin de datos.
Fecha
Si se ingresa la fecha incorrectamente, los clculos sern incorrectos en alrededor de
cuatro minutos por da, en razn que cada satl ite aparece cuatro minutos mas
temprano cada da.
Hora
Ingrese la diferencia entre Hora Local y UTC (Universal Time Coordinated)
correctamente. La diferencia horaria correcta se puede calcular con la formula:
Local Time UTC Time = Local Offset
Nota: la diferencia horaria con respecto al Meridiano de Greenwich es posit iva hacia el
Este de Greenwich y negativa hacia el Oeste.
La Tabla 4-1 contiene unos pocos ejemplos de diferencias horarias.
Lugar
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Ingrese el lugar donde se real izara la
captura de datos, aunque sea
aproximadamente). Si se ingresa el lugar
con 10 mil las o 10 minutos de lat itud de
error, los errores de la prediccin no sern
perceptibles. Para informacion especif ica de
ingreso de estos parmetros, ref irase a la
gua del usuario.
4.2.2 Usar un Almanaque Valido
Un Almanaque o archivo Efemrides contiene
informacion orbital de todos los satl ites. Se transmite desde los satl ites y
automticamente registrada por los receptores. Es necesario transferir peridicamente
el Almanaque actual izado desde su receptor al programa en su Pc para poder predecir
la ubicacin de los satl ites. El software que Ud. recibe junto con el receptor, incluye
un Almanaque archivo que seguramente estar desactual izado. Un Almanaque es val ido
por alrededor de tres meses, desde la fecha de coleccin. Un Almanaque queda
desactual izado si se han lanzado nuevos satl ites, si alguno existente esta fuera de
servicio o si a un satl ite le han cambiado la orbita. Hay que transferir seguido un
nuevo almanaque a la Pc. Actual izarlo una vez por semana es sufic iente.
El lanzamiento y salud de los satl ites puede recabarse a U.S. Coast Guard GPS
Information Center y al Trimble BBS.
Grficos de Prediccin de Satlites
El software para planif icar misiones permite la creacin de variados t ipos de grficos
de prediccin. Ud. puede graficar la cantidad de satl ites disponibles, sus elevaciones
y azimutes, el PDOP y otros detal les interesantes.
Cantidad de Satlites Visibles
Cuatro satl ites visibles se necesitan para calcular posicin 3D. Tres satl ites visibles
se necesitan para calcular posicin 2D. Durante la captura de posiciones 3D conviene
tener cinco o mas satl ites visibles. El receptor los usa a todos para solucionar un
sistema de ecuaciones. Estos satl ites extras tambin garantizan la coleccin de datos
3D si la antena pierde, por cualquier motivo, un satl ite.
PDOP
Posicion Dilution of Precision (PDOP) es un indicador de la actual geometra satel ital.
Este es el resultado de un calculo que real iza cada satl ite de su ubicacin con
respecto a la de los componentes de la constelacin. Un bajo DOP indica alta
probabil idad de exactitud. Un alto DOP indica baja probabil idad de exactitud. Ud.
puede seleccionar la mejor fecha y hora para su coleccin de datos basndose en esta
informacion. Algunos software informan separadamente la di lucin horizontal, vertical
y de t iempo (clock offset) (HDOP, VDOP y TDOP, respectivamente). HDOP se ref iere a
la medicion de longitud y latitud. VDOP se refiere a la alt itud. TDOP se refiere la
diferencia de reloj. Estos informes no contemplan obstrucciones locales. Un PDOP de 4
o menor da posiciones excelentes. Entre 5 y 8 es aceptable. Mayor que 9 es pobre. Ud.
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puede configurar este valor para que su receptor ignore la constelacin para real izar
clculos del valor seleccionado para arriba. Por defecto la mascara de PDOP en los
receptores Trimble es por lo general de seis (6). Las f iguras 4-1 y 4-2 i lustran el
impacto de las posiciones relativas de los satl ites en la exactitud de la posicin
calculada.
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Grficos de Cielo
Los software de planif icacin pueden producir grficos de cielo para ver la geometra
de la constelacin. Se expresan en grficos circulares. Un grafico de cielo es una
representacin para saber la ubicacin de los satl ites en el cielo. Los satl ites que
aparecen en el centro del grafico circular estn encima del receptor y los que estn en
el horizonte
aparecen con
l neas punteadas
o a trazos.
La f igura 4-3
i lustra algunas
geometras
satel itales en un
grafico de cielo.
La constelacin
ideal para
cuatro satl ites
es cuando tres
estn
distr ibuidos en
cuadrantes
diferentes y uno
en la cabeza del
operador
(ejemplo 1).
Esto asegura la
mxima
exactitud para
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una posicin 3D pues cualquier error horizontal se controla desde una direccin
opuesta y el satl ite ubicado en el cenit controla el error vertical de los otros tres. Una
geometra satel ital pobre es cuando todos los satl ites estn ubicados en una misma
direccin o los cuatro se encuentran en el mismo cuadrante. Se muestran tambin
otras posibles configuraciones. Una geometra particular puede ser pobre para un
determinado DOP pero puede ser buena para otro. Por ejemplo, si Ud. necesita
exactitud horizontal solamente, puede colectar datos con la geometra del ejemplo 3.
Aunque Ud. necesita saber la geometra satel ital para obtener buenas posiciones, el
receptor GPS selecciona automticamente los satl ites que dan el PDOP mas bajo. Ud.
puede planif icar el mejor momento para colectar datos pero una vez en el campo no
puede seleccionar manualmente los satl ites disponibles.
4.3 Parmetros para la Coleccin de Datos
Varios factores inciden en la cal idad de los datos colectados. Una cantidad de
parmetros del colector de datos y del receptor GPS, afectan la exactitud de los datos.
Esto se discute en las prximas secciones.
4.3.1 Mscara PDOP
El PDOP es tal vez el factor mas importante en la precisin de los datos. Ud. puede
regular este parmetro estableciendo un valor mximo por encima del cual el receptor
no calculara posiciones. Este l imita se l lama Mascara PDOP y se suele configurar en el
colector de datos antes de iniciar el registro de los datos. El valor recomendado por
defecto, para la mayora de las apl icaciones es 6 (seis). Algunos receptores pueden
requerir una mascara menor que 4, para obtener precisiones submetricas. Cuando el
valor del PDOP Mask ha sido configurado, no se registran posiciones en valores mas
altos. Vea pagina 4-13 para mas detal les.
4.3.2 Mascara de Fuerza de Seal
La fuerza o nivel de la seal del satl ite, mide la informacion contenida en la seal
relativa al ruido de la misma. En la proporcin que disminuye, la informacion se pierde
con el ruido. La t pica fuerza de la seal de un satl ite a 30 de elevacin es entre 12
y 20. Un valor mayor que 20 es muy bueno. La cal idad de una posicin se degrada
cuando la fuerza de la seal de un satl ite de la constelacin es menor a 6 (seis).
Seales dbi les dan posiciones no confiables. Cuando la fuerza de la seal de un
satl ite es particularmente endeble, la posicin calculada t iende a ser inexacta. Hay
cuatro causas comunes de seales dbiles:
1. La seal l lega hasta la antena despus de penetrar un obstculo tal como una
cubierta vegetal.
2. La seal se refleja en una superficie y no viaja directamente a la antena
(multipath).
3. La seal desde un satl ite bajo o en el horizonte es mas dbi l que la de un
satl ite en el cenit porque debe atravesar desde mas lejos la ionosfera y
troposfera.
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4. Las seales de los satl ite se pueden rastrear con mayor efectividad segn
donde este ubicados en el cielo como resultado del modelo de radiacin de la
antena.
Para eludir el registro de seales dbi les Ud. puede configurar un nivel l imite de fuerza
de seal, en algunos receptores. Este l imite se l lama Mascara de Fuerza de Seal. El
valor recomendado es seis (6). El uso de este parmetro permite el iminar las
posiciones generadas con seales dbi les.
4.3.3 Modo de Posicin Fijo
Se puede programar el receptor para colectar posiciones en uno de cuatro modos de
posicin f ijo:
v 3D Sobredeterminado.
v 3D Manual.
v 2D Manual.
v Auto 2d/3D.
3D Sobredeterminado
Cinco o mas satl ites se requieren para este modo. El receptor registra posiciones 3D
desde la constelacin optima. Las posiciones se calculan solo cuando hay como mnimo
cinco satl ites que se pueden usar (satl ites que exceden las mascaras de fuerza de
seal y PDOP). Este modo permite al receptor real izar chequeos adicionales a los
clculos de posicin.
3D Manual
Cuatro o mas satl ites se requieren para este modo. El receptor calcula lat itud,
longitud y alt itud desde la constelacin optima. El registro se detiene cuando no hay
suficientes satl ites. El receptor no registra posiciones 2D.Use este modo y el 3D
Manual cuando necesite la mayor exactitud en la latitud, longitud y alt itud.
2D Manual
Tres satl ites se requieren para este modo. El receptor calcula latitud y longitud y la
alt itud es un dato que el usuario t iene que ingresar. Si ud no provee este dato, el
receptor usa la ult ima registrada en 3D. El receptor no calcula posiciones 3D.
Advertencia: Use 2D Manual solo si puede ingresar la alt itud correcta (respecto al
el ipsoide WGS-84), si no t iene disponible una constelacin aceptable, y si va a colectar
posiciones estticas. Si se ingresa una alt itud incorrecta, el resultado de las posiciones
sern incorrectas en una misma proporcin.
Auto 2D/3D
En este modo el receptor calcula posiciones 3D, siempre y cuando sean posible. Sin
embargo, cuando el valor 3D PDOP sube por encima del valor especif icado, o cuando
estn disponibles solo tres satl ites, el receptor calcula posicin 2D. El valor PDOP que
conmuta el modo es configurable y se l lama PDOP Switch. El receptor considera el
PDOP Switch en modo Auto 2D/3D. Cuando conmut de modo 3D a 2D, el receptor usa
el ult imo valor registrado de alt itud. El valor recomendado para PDOP Switch es de seis
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(6), para la mayora de las apl icaciones. Auto 2D/3D proporciona un registro mas
completo de posiciones cuando hay disponibles solo tres satl ites. No obstante, las
posiciones 2D son menos exactas que las posiciones 3D en el archivo. Algunos
programas procesadores de datos GPS permiten f i l trar todas las posiciones 2D de un
archivo, dejando solo las posiciones 3D. Es tambin posible recalcular todas las
posiciones 2D en base a un valor redefinido de la alt itud. Dependiendo del terreno,
esto puede aumentar la exactitud de sus posiciones 2D.Para mayor informacion
refirase a su Manual del usuario.
Esquivar posiciones 2D
No se recomienda la coleccin de datos 2D a causa de los inconvenientes derivados de
la medicin de la alt itud. Cuando Ud. configura el receptor para calcular posiciones 2D,
Ud. reemplaza una medicin satel ital ( la alt itud) por una medida f i jada de antemano.
Si esta alt itud es incorrecta, la latitud y longitud sern tambin incorrectas. Por
ejemplo si la alt itud f i jada t iene un error de 10 metros, las medidas horizontales
tendrn un error de 50 metros o mas. Este error puede el iminarse mediante correccin
diferencial. Ud. puede conocer la alt itud correcta con respecto al nivel del mar (MSL),
pero GPS determina alt itud con respecto al el ipsoide WGS-84 (HAE), no MSL. La
diferencia entre los dos puede ser grande. Los algoritmos de conversin pueden tener
error de mas de 5 metros. La exactitud de HAE en la mayora de los mapas comerciales
disponibles es de 1 metro. Para mejorar estos resultados contrate un especial ista que
obtenga la exacta separacin entre el
geoide y el el ipsoide en el lugar de sus
operaciones.
4.3.5. Mascara de Elevacin
Es el ngulo de elevacin (del satl ite)
por encima del horizonte, debajo del
cual no se usan los satl ites. Para
apl icaciones terrestres donde hay
obstrucciones locales (fol laje, edif icios,
etc), el rendimiento del sistema mejora
con una mascara de elevacin de 15 a
20. Por defecto este valor es en los
receptores Trimble, de 15. Cuando un
satl ite esta debajo del horizonte,
pueden ocurrir dos problemas.
v Primero, la seal radial debe
viajar gran distancia a travs de
la atmsfera, resultando una
seal dbi l y retrasada para el
receptor. Siendo que la distancia
desde el satl ite se calcula por el
t iempo de viaje de la seal, la
seal retrasada puede introducir
un gran error en el calculo de la
distancia.
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v Segundo, las seales de satl ites bajos t ienden a ref lejarse cerca de las
superf ic ies y el receptor recibe ambas. Este efecto multicamino contribuye al
error en GPS y no se puede corregir. Ud. puede minimizar esta fuente de error
usando el sistema con una mascara de elevacin de 15 para el rover y 10 para
la base. Recuerde que acotar la elevacin reduce la disponibi l idad de satl ites y
puede aumentar el PDOP. Esto es particularmente verdadero si la mascara se
configura en 20 o 25. Asegrese siempre que la mascara del rover exceda a la
de la base a razn de 1 por cada 100 ki lmetros de separacin.
La f igura 4-4 i lustra como se coordina la mascara de elevacin del rover y de la base
de manera tal que esta vea los mismos satl ites que el primero.
4.4 Procedimientos para Coleccin Datos
Muchos factores afectan la cal idad de la coleccin de datos. Algunos procedimientos
permiten mas datos, otros aseguran la cal idad. Esto ser discutido en las prximas
secciones.
4.4.1 Tipo de Medicin
Con receptores de cdigo C/A las tcnicas se l imitan al procesamiento de canales. Los
mas sofist icados de esta clase de receptores pueden calcular en pantal la posiciones en
t iempo real con nivel de precisin del centmetro.
Las tcnicas de procesamiento de canales son mucho mas exactas que las tcnicas de
cdigo C/A. Sin embargo los requerimientos para la coleccin y el Postprocesamiento
son mas exigentes. Mediante el registro de datos por canal durante unos 10 minutos en
un punto simple, las coordenadas se pueden determinar con precisin de unos
centmetros SEP2. La misma precisin se puede alcanzar con receptor de cdigo, en
mas t iempo.
2 .SEP media del 50% de las posiciones dentro de una esfera de radio igual al valor
especif icado.
4.4.2 Tipo de Archivo
En el campo una de las primeras acciones es abrir un archivo donde se grabaran los
datos. Hay dos t ipos de archivos de datos para los receptores Trimble: archivos rover y
base. Los datos tambin se almacenan como waypoints y en un archivo almanaque.
Cada uno de estos archivos se expl ican en las prximas secciones. Estos archivos se
almacenan en un formato de Trimble conocido con .SSF (Standard Storage Format).
Despus de iniciar la descarga a una PC esos archivos t ienen por lo general la
extensin .SSF. En Postprocesamiento nuevos archivos son creados. Algunos de esos
archivos se l laman con una variedad de otras extensiones (como .COR, .ADJ, .SSX,
etc). Tambin se pueden almacenar en formato .SSF. Los archivos creados para la
exportacin de mdulos de software de Postprocesamiento son una excepcin. Estos
archivos l lamados con extensiones nicas para GIS, CAD ASCII o formato base de
datos.
Archivos Mviles
La mayora de los archivos registrados con el sistema de Mapas Trimble son archivos
rover (o archivos remotos). Los datos mviles son por lo general registrados en una
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gran variedad de lugares en el campo. Los componentes primarios de un archivo rover
son las posiciones, informacion de caracterst icas y atributos y notas de usuario.
Tambin pueden contener informacion como orbitas satel itales, PDOP, y opciones de
configuracin del receptor. Los datos mviles pueden almacenarse en archivos base
pero esto incrementa el tamao del archivo. Antes de la Correccin Diferencial los
archivos mviles t ienen una exactitud de alrededor de 40 metros CEP (100 metros
2Drms). Estos errores se deben casi siempre a la Selective Availabi l i ty. Si esta
exactitud es suficiente para sus apl icaciones no hace falta corregirlos. Cuando la S/A
no esta activa, el error de las posiciones es de alrededor de 12 metros CEP (30 metros
2DMRS).
Archivos Base
Los archivos base almacenan datos de un receptor GPS estacionado en una punto de
coordenadas conocidas con mucha precisin. Estos son los archivos que se usan para
calcular la Correccin Diferencial. Las correcciones se usan para remover
sistemticamente los errores de los datos de los archivos rover. Los archivos base
colectan datos de posicin al mismo tiempo y con las mismas seales que los archivos
mviles. Un archivo base se puede usar para corregir muchos archivos rover con tal
que rovers y base contengan datos del mismo periodo de t iempo. Si quieres usar un
archivo base para correccin diferencial debes registrar los datos en un archivo base.
Para usar un archivo base para correccin diferencial, se deben usar los siguientes
criterios:
v El archivo base debe colectar durante el mismo periodo que los archivos rover.
v El archivo base debe colectar datos desde los mismos satl ites que los rover.
La base debe tener un cielo claro y mascara de elevacin menor que los rover.
Los rover no se deben separar de la base mas de 500 ki lmetros.
v Los intervalos de registro de los archivos base deben ser correctos. Las
mediciones satel itales en el archivo base deben ser continuas y el intervalo no
mayor que los 15 segundos.
La mayora de los receptores clase Mapa se pueden usar como estacin base. Por lo
tanto Ud. puede usar archivos de datos de un receptor Serie 4000 como archivos base.
Sin embargo, el mtodo mas eficiente y conveniente para la coleccin de datos es el
uso de una Estacin Base Publica Pathfinder o una Estacin de Referencia Universal.
Estas estaciones GPS registran automticamente datos base en archivos que estn a
alcance de los usuarios.
Waypoints
La mayora de los colectores de datos Trimble, registran Waypoints. Un Waypoint es
un par de coordenadas, latitud y longitud o norte y este, con nombre y numero.
Los Waypoints representan generalmente puntos geogrficos de inters hacia los cuales
Ud. deseara navegar. Los Waypoints se crean uno por vez. La cantidad que puede
almacenarse depende del data colector. El data colector calcula pero no guarda
Waypoints. Los wpt pueden sobrescribirse con nueva informacion. Algunos colectores
de datos permiten descargar wpts a los software de Postprocesamiento y tambin
recibir datos de su data logger. Sin embargo, los Waypoints se usan mejor en
navegacin. Si Ud. quiere transferir de su colector de datos a un GIS, o si Ud. intenta
real izar correccin diferencial, los datos deben ser c