ELECTIVA PROCESAMIENTO GNSS

Ing. Omar David Bolvar Fonseca

Periodo 2012-1

UNIVERSIDADDISTRITAL FRANCISCO JOSE DE

CALDAS

1

Marco Geocntrico nacional de Referencia MAGNA-SIRGAS

CONTENIDO1. Conceptos Bsicos en informacin espacial

2. Sistemas de Referencia Terrestre2.1 Sistema Internacional de Referencia Terrestre (ITRS)2.2 Marco Internacional de Referencia Terrestre (ITRF)2.3 Sistema de Referencia Geocntrico para las Amricas (SIRGAS)2.4 Marco Geocntrico Nacional de Referencia (MAGNA-SIRGAS)

3. Coordenadas utilizadas en Colombia

3.1 Coordenadas Gauss-Krger

3.2 Configuracin de las coordenadas Gauss-Krger en Garmin3.3 Coordenadas Cartesianas

4. Datum BOGOT

5. Estado Actual de la Referenciacin en Colombia

5.1 Datum MAGNA-SIRGAS5.2 Coordenadas MAGNA-SIRGAS5.3 MAGNA SIRGAS en la prctica

1. Conceptos Bsicos (I)

Latitud (M)

1. Conceptos Bsicos (II)

Longitud()

http://mapserver.inegi.gob.mx/geografia/espanol/normatividad/infgeodesia/ggm04

1. Conceptos Bsicos (III)

Geoide

yEGM2008.gif

Superficie Topogrfica

http://mapserver.inegi.gob.mx/geografia/espanol/normatividad/infgeodesia

Elipsoide

1. Conceptos Bsicos (III)

ALTURA ELIPSOIDAL

GEOIDE

ELIPSOIDE

ALTURA NIVELADA

DATUM

1. Conceptos Bsicos (IV)

CURVILINEAS:

Latitud (M)Longitud (O)Altura Elipsoidal (h)

RECTANGULARES3D:

[X, Y, Z]

2. Sistemas de Referencia Terrestre

Su eje Z coincide con el eje de rotacin terrestre

Su eje X est orintado haca el meridiano de GreenwichSu eje Y forma un sistema de mano derecha

Su origen de coordenadas coincide con el centro de masas terrestre

Su elipsoide asociado tiene la misma masa terrestre y gira sobre su eje menor con la misma velocidad angular de rotacin que la Tierra

2.1 Sistema Internacional de Referencia Terrestre(ITRS: International Terrestrial Reference System)

2.2 Marco Internacional de Referencia Terrestre(ITRF: International Terrestrial Reference Frame) Materializacin del ITRS

Conjunto de puntos (pilares o equipos de operacin continua) cuyas coordenadas [X, Y, Z] han sido definidas precisamente

(dcima de milmetro) sobre el ITRS

VLBI: Interferometra de bases muy largas ITRF

2.2.1 Tcnicas de posicionamiento satelital

SLR (Satellite Laser Ranging): Basado en la medicin de distancia, en funcin del tiempo de transito de un haz

de luz disparado hacia un satelite.

LLR (Lunar Laser Ranging): : Basado en la medicin de distancia, en funcin del tiempo de transito de un haz

de luz que se proyecta hacia la luna.

GPS: Sistema de Posicionamiento Global

poca de Referencia

Modelo de VelocidadesPara Suramrica

Vemos

Densificacin del ITRFen Amrica

2.3 Sistema de Referencia Geocntrico para las Amricas (SIRGAS)

220 estaciones continuas

Precisin relativa de +-2 mm

2.4 Marco Geocntrico Nacional de Referencia (MAGNA) Densificacin de SIRGAS en Colombia

MAGNA-SIRGAS

60estaciones pasivas

14estaciones de funcionamiento continuo en operacin

31estaciones de funcionamiento continuo en proceso de conexin

3. COORDENADAS EMPLEADAS EN COLOMBIA

3.1 Coordenadas Gauss-Krger (I)

3.1 Coordenadas Gauss-Krger (I)

Escalas:1 : 3 000 0001 : 1 500 0001 : 500 0001 : 250 0001 : 50 0001 : 25 0001 : 10 000

Mapas nacionales,departamentales,planchas topogrficas

3.2 Configuracin de las coordenadas Gauss-Krger en Garmin (I)

Men ConfigurarSubmen unidadesFormato de posicin: Parrilla UTM usuarioOrigen de Longitud: 7404.650475Escala: +1.0000000Este Falso:+1000000.0 mNorte Falso: 491767.5 m

3.2 Configuracin de las coordenadas Gauss-Krger en Garmin (II)

Men ConfigurarSubmen unidadesFormato de posicin: Parrilla UTM usuarioOrigen de Longitud: 7404.855Escala: +1.0000000Este Falso:+1000000.0 mNorte Falso: 491447.2 m

3.3 Coordenadas Cartesianas (I)

z|

3.3 Coordenadas Cartesianas (I)

Escalas:1 : 10 0001 : 5 0001 : 2 0001 : 1 000

Planos de ciudades, urbanizaciones, planchas catastrales

4. Datum BOGOT (I)

Mtodo de definicin: Las coordenadas astronmicas ()/) de la pilastra sur del Observatorio Astronmico de Bogot son idnticas a las geodsicas (MO)

Para satisfacer la condicin de igualdad entre las coordenadas astronmicas ()/) y geodsicas (MO), la orientacin (eje menor) y la posicin (centro) del elipsoide con respecto a la Tierra varan

Ao de definicin: 1941

Mtodo de definicin: Las coordenadas astronmicas ()/) de la pilastra sur del Observatorio Astronmico de Bogot son idnticas a las geodsicas (MO)

Ao de definicin: 1941

Desplazadodelgeocentro:531m

Horizontal:latitudylongitudserefierenalelipsoide,alturaserefierealnivelmediodelmar

ElipsoideInternacional:a=6378388mf=1/297Ventajas:-altacalidadenlapocadesudefinicin-basegeodsicanacionaldesde1941(cartografayagrimensura)-usogeneralizado(familiaridad,tradicin)

4. Datum BOGOT (II)

Desventajas:

-Incompatibilidad internacional: sus coordenadas son vlidas solo para Colombia,lo que limita el desarrollo de proyectos multinacionales (p. ej. IDE, navegacin,redes de servicios pblicos, etc.)

4. Datum BOGOT (III)

-Obsolescencia: las tcnicas globales de navegacin y posicionamiento porsatlites (GNSS): GPS, GLONASS, GALILEO y, aquellas complementarias de aumentacin (WAAS, EGNOS, etc.), se refieren a un sistema de referenciageocntrico

Desventajas:

-Incompatibilidad internacional: sus coordenadas son vlidas solo para Colombia,lo que limita el desarrollo de proyectos multinacionales (p. ej. IDE, navegacin,redes de servicios pblicos, etc.)

4. Datum BOGOT (IV)

-Obsolescencia: las tcnicas globales de navegacin y posicionamiento porsatlites (GNSS): GPS, GLONASS, GALILEO y, aquellas complementarias de aumentacin (WAAS, EGNOS, etc.), se refieren a un sistema de referenciageocntrico

Desventajas:

-Incompatibilidad internacional: sus coordenadas son vlidas solo para Colombia,lo que limita el desarrollo de proyectos multinacionales (p. ej. IDE, navegacin,redes de servicios pblicos, etc.)

-Bajas precisiones en comparacin con las tcnicas modernas: la transformacin de coordenadas GPS al Datum BOGOT introduce erroresen el orden de 15 m a las posiciones finales

OM

4. Datum BOGOT (V)5. Estado actual de la georreferenciacin en Colombia

Las tcnicas GNSS se refieren al centro de la Tierra

Estas tcnicas son utilizadas intensivamente en Colombia (agrimensura, navegacin civil, organizmos de seguridad, fuerzas armadas, turismo, etc.)

Por tanto, las posiciones determinadas tambin se refieren al geocentro!

La cartografa oficial y las bases de datos actuales se refieren al Datum BOGOT

Adopcin OficialResolucin 068 de 2005, enero 28

yArtculo 1. Adptase como nico datum oficial de Colombia el Marco Geocntrico Nacional de Referencia, tambin denominado: MAGNA-SIRGAS.

y() Pargrafo 2. El modelo de geoide asociado al datum MAGNA-SIRGAS ser el producto denominado: GEOCOL 2004, que se adopta oficialmente por esta Resolucin.

yPargrafo 3. Mientras no se disponga tcnica y oficialmente la actualizacin del Sistema de Referencia Vertical para Colombia se seguir empleando el que tiene origen en el maregrafo de Buenaventura.

yArtculo 2. Este Instituto mantendr y actualizar MAGNA-SIRGAS, considerando las indicaciones sobre sistemas de referencia emanadas de las Asambleas del Proyecto SIRGAS, de la IAG, de la IUGG y del IPGH.

yArtculo 3. La informacin producida por este Instituto ser referenciada a MAGNA-SIRGAS y se certificarn nicamente coordenadas de puntos vinculados a este datum ().

yArtculo 4. La presente resolucin rige a partir de la fecha de su publicacin en el Diario Oficial y sustituye la adopcin del Datum Bogot (Elipsoide Internacional o de Hayford), realizada en la Primera Edicin de la Publicacin Especial N 1 "Resultados finales de las redes geodsicas establecidas entre Bogot y Cartago, y entre Bogot y Chiquinquir" del Instituto Geogrfico Militar y Catastral del ao 1941.

5.1 MAGNA-SIRGAS (I)5.1 MAGNA-SIRGAS (II)GNSS

Geocntrico

Tridimensionallatitud, longitud y altura se refieren al elipsoide

Elipsoide GRS80(WGS84)a = 6 378 137 mf = 1/298,257

Compatible con los GNSS

5.2 Coordenadas MAGNA-SIRGAS

Coordenadas elipsoidales o geogrficas

[M,O]

Coordenadasrectangulares 3D

[X, Y, Z]

CoordenadasGauss-Krger

[N, E]

CoordenadasCartesianas

[N, E]

Datum BOGOT

Datum BOGOT Datum BOGOT

MAGNA-SIRGAS

MAGNA-SIRGASMAGNA-SIRGAS

Ventajas de la adopcin de MAGNA-SIRGAS

Compatibilidad universal

Uso, en Colombia, de tcnicas de navegacin (futura aumentacin) apoyadas en satlites

Satisface los ndices de precisin exigidos por la administracin digital de datos espaciales

Reduce los costos y tiempos en el levantamiento de datos georreferenciados

Facilita la asimilacin de los avances cientficos y tecnolgicos en georreferenciacin

Facilita la definicin de estndares

Asegura la compatibilidad entre las Infraestructuras de Datos Espaciales IDE

Adopcin del Marco Geocntrico Nacional de ReferenciaMAGNA-SIRGAS-como datum oficial de Colombia

Aspectos prcticos de la adopcin del Marco GeocntricoNacional de Referencia MAGNA-SIRGAS-como datumoficial de Colombia

Documentos explicativos de MAGNA-SIRGAS5.3 MAGNA-SIRGAS en la prctica

Vinculacin, a MAGNA-SIRGAS, de la informacin espacialutilizada en Colombia

Formato digital (bancos de datos, SIG, cartografa digital)En copia dura o papel (mapas)

Clasificacin segn formato:

Coordenadas geodsicas (geocntricas [X,Y,Z] o geogrficas [, , h]Coordenadas planas (Gauss-Krger [N,E] o Cartesianas [N,E])

Clasificacin segn coordenadas:

Nueva (generada a partir de 2004)Existente (~ referida al Datum BOGOT)

Clasificacin segn poca:

Generacin de coordenadas geodsicas [X, Y, Z] [MOh]referidas a MAGNA-SIRGAS (I)

Global Navigation Satellite Systems (GNSS): GPS, GLONASS, GALILEO, sistemas de aumentacin (WAAS, EGNOS, etc.)

Navegacin GNSS

Posicionamiento absoluto GNSS(P 0,5 m)

Posicionamiento relativo GNSS (cinemtico, esttico)(P 0,5 m)

Generacin de coordenadas geodsicas [X, Y, Z] [MOh]referidas a MAGNA-SIRGAS (II)

EstrategiaPosicionamiento diferencial GNSS utilizando como base una estacin MAGNA-SIRGAS:

Estacin pasiva(monumento):60 de la red fundamental y ms de 2500 de densificacin, sus coordenadas estn disponibles en las certificaciones IGAC.

EstrategiaPosicionamiento GNSS utilizando como base una estacin MAGNA-SIRGAS:Estacin pasiva(monumento):60 de la red fundamental y ms de 2500 de densificacin, sus coordenadas estn disponibles en las certificaciones IGAC.

Estacin de funcionamiento continuo(equipo):32 en operacin, 10 en proceso de conexin con Bogot. Los archivos RINEX (incluyendo coordenadas) estn diponibles en el IGAC.

Generacin de coordenadas geodsicas [X, Y, Z] [MOh]referidas a MAGNA-SIRGAS (III)

8078767472706866

8078767472706866

4

2

0

2

4

6

8

10

12

4

2

0

2

4

6

8

10

12

81.41 81.39 81.37 81.35 13.32

13.34

13.36

13.38

13.40

81.7581.7381.7081.6912.48

12.49

12.51

12.54

12.56

12.57

12.59

SANAN

PTBOLNAZAR

RIOHAMAICA

VALLED

BOSCO

SROQU

TIBU

CUCUTAGUAC

BUCARSARAVARAUC

CRNORPTCAR

PTINI

SFELI

MITU

PEDRE

LETIC

CHORR

ARARA

PTLEG

SJGUA

BACOM

VILLA

OROCUYOPAL

TUNJA

BOGOT

PTBER

FLORE

NEIVA

IBAGE

POPAY

CALIBTURA

GUAPI

TUMAC

IPIAL

PASTOMOCOA

TULUA

MANIZ

QUIBDGUARI

SOLANRIONE

YARUM

TURBOCAUCA

MONTECOROZMOMPO

PLATOCARTA

BQILLSMART

LETI

INIR

IPIL

PAST

BTUR

BOGA

CART

MAIC

CARTVALE

CUCU

PERABOGABOGT

CALI

SANA

MONT

MEDE

BUCA

YOPA

JOSEPOPA

PASO

NEVA

TUMA

VILLA

FLOR

BTUR

QUIB

PBER

CAUC

RIOHSMAR

ARAC

TUJA

LETI

AGUC

MAGN

ESTACIN MAGNA PASIVAESTACIN SIRGAS PASIVAESTACIN MAGNA-ECO EN OPERACINESTACIN MAGNA-ECO EN INSTALACINESTACIN MAGNA-ECO PROGRAMADA

IBAG

Coordenadas obtenidas de cartografa o mediante agrimensura

Generacin de coordenadas planas [N,E]sobre MAGNA-SIRGAS (I)

Cartografa MAGNA-SIRGAS

Proyeccin Gauss-Krger

Proyeccin Cartesiana

Generacin de coordenadas planas [N,E]sobre MAGNA-SIRGAS (II)

Cartografa MAGNA-SIRGAS

Proyeccin Gauss-Krger

Proyeccin Cartesiana

I,ODatum BOGOT

f [(Io,Oo)BOG, (I,O)BOG, (a, f)Int]

(N, E)Datum BOGOT

AgrimensuraDatum BOGOT

MAGNA-SIRGAS

MAGNA-SIRGAS

MAGNA-SIRGAS

MAGMAGGRS80

Estrategia

Los puntos de partida para los levantamientos realizados con equipos (electro) pticos deben tener coordenadas planas (Gauss-Krger o Cartesianas) definidas sobre MAGNA-SIRGAS, las cuales, estn disponibles en las certificaciones IGAC.

Generacin de coordenadas planas [N,E]sobre MAGNA-SIRGAS (III)

Agrimensura Estrategia

Coordenadas Geogrficas:(punto datum)

Diferencias geomtricas entre coordenadas

Datum BOGOT y MAGNA-SIRGAS

'I= -10,25 ... ~ -307,5 m'O= -12,27 ... ~ -368,2 m

Coordenadas Gauss-Krger:

Coordenadas Cartesianas:

0 m ... 12 m

0 m ... 1 m

Datum:BOGOT: horizontal, desplazado 531 mMAGNA: tridimensional, geocntrico

ElipsoideBOGOT: InternacionalMAGNA: GRS80 (WGS84)Da = 251 mDf = 1,42 E-5

Precisin:BOGOT: 0,01... 0,1 MAGNA: 2 mm ... 7mm

Exactitud:BOGOT: , = ~ 500 m MAGNA: ,= 2 cm; h = 6 cm

Diferencias geomtricas entre el Datum BOGOT y MAGNA-SIRGAS (I)

Coordenadas del punto datum(Obs. Astronmico de Bogot)

BOGOT:I=043556,57O=740451,30h=indeterminable

MAGNA-SIRGAS:I= 0435 46,3215O= 7404 39,0285h = 2641,469 m

'I= -10,25 ... ~ -307,5 m'O= -12,27 ... ~ -368,2 m

Diferencias geomtricas entre el Datum BOGOT y MAGNA-SIRGAS (II)

100 m

Errores sistemticos dela triangulacin!

Mayores deformaciones sobre zonas de topografa fuerteMayores deformaciones a mayor distancia del punto datum

Varios factores de escalaNo tectnica

Diferencias aleatorias entre el Datum BOGOT y MAGNA-SIRGAS

Puntos con coordenadas definidas sobre los dos sistemas de referencia (GPS sobre puntos antiguos)

Parmetros de transformacin entre elDatum BOGOT y MAGNA-SIRGAS

Incluir tanto las diferencias geomtricas como las aleatorias entre los dos sistemas de referencia

Modelo matemtico ampliamente conocido

Procedimiento estndar (homogeneidad)

Estrategias

1.Si, adems de las coordenadas horizontales [N, E] ( [, ]), tambin est disponible la altura: Transformacin TRIDIMENSIONAL

2.Si la altura no est disponible: Transformacin BIDIMENSIONAL

Transformacin tridimensional entre elDatum BOGOT y MAGNA-SIRGAS

Transformacin de siete parmetros:

tres traslaciones:'X,'Y, 'Z

tres rotaciones:Rx, Ry, Rz

un factor de escala:O

Transformacin bidimensional entre elDatum BOGOT y MAGNA-SIRGAS

Transformacin de dos parmetros:

cambio en latitud:GM

cambio en longitud:GO

Exclusin de aquellos con errores groseros

Sectorizacin segn la magnitud y direccin de

las diferencias

Puntos con coordenadas definidas sobre los dos sistemas de referencia (GPS sobre puntos antiguos)

100 m

Determinacin de los parmetros de transformacin

Sectorizacin de los parmetros de

transformacin entre el Datum BOGOT y

MAGNA-SIRGAS segn el ndice de planchas del

IGAC

Parmetros de transformacin entre elDatum BOGOT y MAGNA-SIRGAS

Parmetro

Regin

IM= 10,0 ... 13,0

NO= 73,0 ...71,0 W

IIM= 9,4 ... 11,6 NO= 76,0 ...73,0 W

IIIM= 8,0 ... 9,4 NO= 77,6 ...74,4 W

IVM= 5,0 ... 9,4 NO= 74,4 ...72,0 W

'X [m]-806,413100,783336,026963,273'Y [m]-263,500187,382348,565486,386'Z [m]-622,671-47,000252,978190,997O-2,081 616 E-05-1,356 561 E-05-5,771 909 E-06-1,389 914 E-05Rx [rad]6,018 583 E-05-4,471 839 E-05-8,358 813 E-05-7,992 171 E-05

Ry [rad]-1,450 001 E-051,175 093 E-05-3,057 474 E-05-8,090 696 E-06

Rz [rad]-1,892 455 E-04-4,027 967 E-057,573 031 E-061,051 699 E-04

Tridimensionales

Parmetros de transformacin entre elDatum BOGOT y MAGNA-SIRGAS

Bidimensionales

ZonaCoberturaParmetro

MOGMF[]GOF[]I10,0 13,0 N73,0 71,0 W-9,86612,405

II9,4 11,6 N76,0 73,0 W-9,87912,190

III8,0 9,4 N77,6 74,4 W-9,83812,199

IV5,0 9,4 N74,4 72,0 W-10,08512,561

V5,0 ... 8,0 N78,0 ... 74,4 W-9,94612,159

VI3,0 ... 5,0 N78,0 ... 74,4 W-10,02311,969

VII1,0 S ... 3,0 N79,0 ... 74,0 W-10,03811,731

VIII4,5 S ... 3,0 N3,0 ... 5,0 N5,0 ... 7,3 N

74,0 ... 66,5 W74,4 ... 66,5 W72,0 ... 66,5 W

-10,24912,272

Estrategia para la migracin de informacin referida en Datum BOGOT a MAGNA-SIRGAS

Coordenadas planas [N,E], H(Gauss-Krger o Cartesianas)

en Datum BOGOT

Coordenadas geogrficas [MO], Hen Datum BOGOT

Coordenadas 3D [X,Y,Z]enDatum BOGOT

Coordenadas planas [N,E](Gauss-Krger o Cartesianas)

enMAGNA-SIRGAS

Coordenadas geogrficas [MO]enMAGNA-SIRGAS

Coordenadas 3D [X,Y,Z]enMAGNA-SIRGAS

Transformacin 3D: 'X,'Y, 'Z, Rx, Ry, Rz, O

Transformacin 2D: GMGO

Migracin, a MAGNA-SIRGAS, de cartografa digital (1:1 000) referida al Datum BOGOT

Qu informacin migrar a MAGNA-SIRGAS (I)

Geogrficas

0,3 mm 1 : 1 500 000

1,0 mm 1 : 500 000

2,0 mm 1 : 250 000

5,0 mm 1 : 100 000

10,0 mm 1 : 50 000

20,0 mm 1 : 25 000

50,0 mm 1 : 10 000

250,0 mm 1 : 2 000

500,0 mm 1 : 1 000

Desplazamiento Escala

1.La informacin espacial en formato digital, cuya posicin se define mediante coordenadas geogrficas [,], debe ser migrada a MAGNA-SIRGAS(transformacin 3D o 2D)

2.Las coordeadas geogrficas [,] ledas de cartografa referida al Dtum BOGOT (escalas 1:25000 ... 1: 500 000) deben migrarse a MAGNA-SIRGAScon los parmetros de transformacin 2D.

Qu informacin migrar a MAGNA-SIRGAS (II)

Gauss-KrgerCartesianas0 m ... 12 m0 m ... 1 m

Gauss-Krger --- 1 : 1 500 000

Gauss-Krger --- 1 : 500 000

Gauss-Krger --- 1 : 250 000

Gauss-Krger 0,1 mm 1 : 100 000

Gauss-Krger 0,3 mm 1 : 50 000

Gauss-Krger 0,5 mm 1 : 25 000

Cartesiana/Gauss-Krger 0,1 mm / 1,2 mm 1 : 10 000

Cartesiana 0,5 mm 1 : 2 000

Cartesiana 1,0 mm 1 : 1 000

Proyeccin Desplazamiento Escala

1.La informacin espacial en formato digital, cuya posicin se define mediante coordenadas planas [N, E], debe ser migrada a MAGNA-SIRGAS(transformacin 3D o 2D)

2.La cartografa (escalas 1:1000 ... 1:10000) existente en Datum BOGOT debe manejarse atendiendo los desplazamientos indicados, hasta tanto sta sea generada nuevamente en MAGNA-SIRGAS

MAGNA SIRGAS PRO VER 3.0 (I)

MAGNA SIRGAS PRO VER 3.0 (II)MAGNA SIRGAS PRO VER 3.0 (III)

Clculo de ondulacin

MAGNA SIRGAS PRO VER 3.0 (III)

Clculo de velocidadesGRACIAS