REVISIÓN, DOCUMENTACIÓN, ACTUALIZACIÓN Y VALIDACIÓN DE LOS

MÓDULOS: ONDULACIÓN GEOIDAL, NIVELACIÓN GPS Y CÁLCULOS

ELIPSOIDALES DEL SOFTWARE MAGNA SIRGAS PRO 3.0

MAIRA ANDREA LOAIZA BONILLA

CÓDIGO: 20131032022

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA TOPOGRÁFICA

BOGOTÁ D.C

2017

i

REVISION, DOCUMENTACIÓN, ACTUALIZACIÓN Y VALIDACIÓN DE LOS

MÓDULOS: ONDULACIÓN GEOIDAL, NIVELACIÓN GPS Y CÁLCULOS

ELIPSOIDALES DEL SOFTWARE MAGNA SIRGAS PRO 3.0

MAIRA ANDREA LOAIZA BONILLA

CÓDIGO: 20131032022

TRABAJO DE GRADO EN LA MODALIDAD DE PASANTÍA

PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERA

TOPOGRÁFICA

DIRECTOR INTERNO:

ROBINSON QUINTANA PUENTES

ING. CATASTRAL MAGISTER EN GEOFÍSICA

DIRECTOR EXTERNO:

JOSE RICARDO GUEVARA LIMA

ING. CATASTRAL MAGISTER EN CALIDAD Y GESTIÓN INTEGRAL

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA TOPOGRÁFICA

BOGOTÁ, OCTUBRE DE 2017

ii

Tabla de contenido 1. Introducción ................................................................................................................ 1

2. Identificación del problema ........................................................................................ 2

3. Objetivos ..................................................................................................................... 3

3.1. Objetivo general .................................................................................................. 3

3.2. Objetivos específicos ........................................................................................... 3

4. Metodología ................................................................................................................ 4

5. Resultados ................................................................................................................... 6

5.1. Módulo de ondulación geoidal ............................................................................ 6

5.2. Módulo de Nivelación GPS ................................................................................. 9

5.3. Cálculos elipsoidales ......................................................................................... 10

5.4. Inconsistencia en lista de orígenes planos cartesianos. ..................................... 12

5.5. Manual de usuario ............................................................................................. 14

6. Cumplimiento de objetivos ....................................................................................... 15

7. Conclusiones ............................................................................................................. 16

8. Recomendaciones ..................................................................................................... 17

9. Bibliografía ............................................................................................................... 18

iii

Índice de graficas

Ilustración I.Metodologia planteada para el desarrollo de las actividades. Fuente:

elaboración propia. ............................................................................................................. 4

Ilustración II. Uso de módulos del software Magna Pro 3.0. Fuente: elaboración propia. 6

Ilustración III.Módulo de ondulación punto individual y archivo. Fuente: elaboración

propia.................................................................................................................................. 7

Ilustración IV. Adaptación del módulo ondulación geoidal. Fuente: Elaboración propia. 8

Ilustración V. Actualización módulo de nivelación GPS. Fuente: Elaboración propia. .. 10

Ilustración VI. Error en cálculo de Azimut 2-1. Fuente: elaboración propia. .................. 11

Ilustración VII. Actualización módulo de cálculos elipsoidales. Fuente: elaboración

propia................................................................................................................................ 12

Ilustración VIII. Actualización manual de usuario. Fuente: elaboración propia. ............ 14

Índice de tablas

Tabla 1. Municipios presentes en la base de datos del programa Magna Sirgas Pro. ...... 13

1

1. Introducción

La geodesia y la topografía son herramientas de utilidad al momento de conocer las

dimensiones y forma de la tierra, con la mezcla de estas dos ciencias se puede adquirir

puntos con informacion espacial (coordenadas) que sirven para representar la superficie

terrestre o parte de esta, sobre una base cartográfica. Es por ello, que el Grupo Interno de

Trabajo (GIT-Geodesia) del Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) desarrollo

como soporte al usuario el software de uso gratuito Magna Sirgas Pro, el cual ha ido

evolucionando desde el año 2005 en la que se publicó su primera versión. Proporcionando

al usuario diferentes herramientas de trabajo que han sido mejoradas en cada versión

ofrecida al público. Sin embargo, en la última versión ofrecida al público, se han

encontrado falencias que necesitan ser corregidas.

En el presente documento se evidenciará el proceso llevado a cabo en la pasantía, donde

de manera breve se muestra el proceso de revisión, documentación, actualización y

validación de los módulos: ondulación geoidal, nivelación GPS y cálculos elipsoidales del

aplicativo Magna Sirgas Pro 3.0, se toma como referencia la versión 3.0 y se hace su

respectiva comparación con la versión actualizada por los integrantes del presente

proyecto. No obstante, es indispensable aclarar que, la actualización del aplicativo y del

manual de usuario se entregan sin garantía explicita y podrán ser modificados según los

parámetros que el IGAC considere pertinentes.

2

2. Identificación del problema

No todos los usuarios del aplicativo Magna Pro poseen las bases teóricas ni los

conocimientos básicos para dar solución a las complejidades que el programa muestra al

momento de cargar un archivo ya sea para calcular la ondulación geoidal, la altura

nivelada a partir de coordenadas GPS, realizar conversiones y transformaciones de

coordenadas o realizar el cálculo de velocidades. Aunque el aplicativo cuenta con un

manual de usuario, este no se ajusta a las necesidades del público, pues no muestra de

manera específica los formatos de archivo a emplear, no especifica el por qué no se debería

ingresar la altura en ciertos módulos, o simplemente la información presente en el mismo

se encuentra duplicada o de forma incoherente. Por lo que en vez de servir de guia para el

usuario en ocasiones termina haciendo lo contrario, generando confusión en aquellos que

no manejan adecuadamente el tema.

3

3. Objetivos

3.1.Objetivo general

Analizar, revisar y optimar los módulos correspondientes a ondulación geoidal, nivelación

GPS y cálculos elipsoidales del software Magna Sirgas Pro 3.0 Beta, así como la

actualización de estos en el manual de usuario.

3.2.Objetivos específicos

• Evaluar la funcionalidad de los módulos de ondulación geoidal, nivelación GPS y

cálculos elipsoidales, con el fin de generar aspectos de mejora.

• Analizar las formulas empleadas en el código del programa, para determinar si son

consistentes con las empleadas en los documentos técnicos publicados por el

Grupo Interno de Trabajo (GIT-Geodesia) del Instituto Geográfico Agustín

Codazzi (IGAC).

• Modificar el código del programa en caso de ser requerido, de manera que se

incluyan los aspectos de mejora.

• Generar la actualización del manual de usuario para los módulos de ondulación

geoidal, nivelación GPS y cálculos elipsoidales, una vez realizadas las

modificaciones requeridas para cada uno de ellos, con el fin de que le usuario

externo tenga una adecuada guia de apoyo técnico.

• Documentar en informes parciales cada avance obtenido, de modo que, se

evidencie las inconsistencias presentes en el programa Magna Sirgas Pro 3.0 Beta.

4

4. Metodología

Ilustración I.Metodologia planteada para el desarrollo de las actividades. Fuente: elaboración propia.

Verificación

de módulos

Análisis de

fórmulas

empleadas

Mejora de

módulos

Actualización

Ondulación geoidal.

Nivelación GPS.

Cálculos elipsoidales.

Código fuente.

Documentos técnicos.

Archivo.

Interfaz Gráfica.

Validaciones.

Aplicativo.

Manual de Usuario.

5

1. Se realiza la verificación de los módulos ondulación geoidal, nivelación GPS y

cálculos elipsoidales, con el fin de identificar los errores presentes en el software

Magna Pro 3 Beta, asimismo, las posibles confusiones que se pueden generar

debido a casillas que no tienen funcionalidad en el programa o simplemente a los

formatos de carga en los archivos.

2. Una vez se adquiere el código de programacion del programa Magna Pro 3, se

procede a verificar las formulas empleadas en la librería de cálculos que el

ejecutable utiliza, para visualización del código se hace uso del software NetBeans

IDE 8.2. Se realiza la correspondiente interpretación y se verifica si las formulas

empleadas coinciden con las publicadas en los documentos técnicos de apoyo del

GIT-Geodesia.

3. Posteriormente, con los errores plenamente identificados, las clases que comparten

entre módulos y el funcionamiento del código, se procede a corregir las

validaciones que impiden que algunos procesos se lleven a cabo en el ejecutable,

las falencias en la interfaz gráfica que genera confusión en algunos usuarios, el

desplegable para la carga de archivos en otros formatos diferentes al csv y lo

referente al orden de los paneles para fines de visualización.

4. Por último, se realiza la actualización del ejecutable de Magna Pro con las

modificaciones llevadas a cabo por cada uno de los integrantes del proyecto y se

procede a reestructurar el manual de usuario, teniendo en cuenta las necesidades

del público al que se pretende llegar.

6

5. Resultados

Con el fin de tener un diagnostico general del programa Magna Sirgas Pro, se realizó una

pequeña y simple encuesta realizada a 100 usuarios del aplicativo. Como resultado se

obtuvo que el modulo que más usan y del cual poseen más conocimientos es el de

Conversión y Transformación, así como este es el que evidencia más incongruencias en

cálculos; por otro lado, los datos muestran que el módulo de menos uso es el de cálculos

elipsoidales.

Ilustración II. Uso de módulos del software Magna Pro 3.0. Fuente: elaboración propia.

5.1.Módulo de ondulación geoidal

Al realizar las respectivas pruebas en el módulo, no se encontraron errores de cálculo, sin

embargo, en términos de visualización y validación los paneles presentaban una

incongruencia al momento de mostrar la casilla de altura; puesto que para el cálculo se

toman son las coordenadas elipsoidales, así se ingresen las coordenadas en otro tipo

42%

16%19%

9%

14%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

Conversión yTransformación

Ondulación Geoidal Nivelación GPS Calc. Elipsoidales Calc. Velocidades

Uso Modulos Magna Pro

7

diferente al elipsoidal, el programa internamente realiza la respectiva conversión para el

cálculo junto con el modelo de grilla GEOCOL2004.

Ilustración III.Módulo de ondulación punto individual y archivo. Fuente: elaboración propia.

Con fines prácticos y para evitar confusiones al usuario se decide discriminar la

visualización de dicha casilla tanto en punto individual como en archivo; de modo que en

las validaciones internas del programa no se tenga en cuenta dicho parámetro para activar

8

el botón de cálculo al momento de usar un archivo. Asimismo, para los archivos CSV se

decide dejar por defecto para columnas (,) y para decimales (.) debido a que la mayoría de

los ordenadores se encuentran configurados por defecto de este modo.

Por otro lado, se realizaron las respectivas validaciones para que el programa aceptara las

extensiones de archivo xls y xlsx de Microsoft Excel, tanto en archivo de entrada como

en archivo de salida.

Finalmente, los paneles internos de punto individual y archivo se ordenaron de manera

que la estructura fuera más agradable al momento de su visualización para el usuario.

Ilustración IV. Adaptación del módulo ondulación geoidal. Fuente: Elaboración propia.

9

5.2.Módulo de Nivelación GPS

Al realizar las respectivas pruebas en el módulo, no se encontraron errores de cálculo, sin

embargo, en términos de validación, el panel de punto individual presentaba

incongruencias al momento de activar los botones de limpieza y calculo; ya que, los

métodos no habían sido creados en el código. Asimismo, al momento de validar el cálculo

el software no realizaba ninguna operación debido a que el formato de lectura para el

archivo csv se encontraba configurado con separador de columna ( ), separador decimal

(.) para las coordenadas y para la altura elipsoidal y altura nivelada (,).

Para evitar estos problemas, los archivos CSV se decide dejar por defecto para columnas

(,) y para decimales (.) debido a que la mayoría de los ordenadores se encuentran

configurados por defecto de este modo.

Por otra parte, se realizaron las respectivas validaciones para que el programa aceptara las

extensiones de archivo xls y xlsx de Microsoft Excel, en el archivo de entrada. Para el

caso de punto individual se decide discriminar la casilla de generar reporte, debido a que

el archivo que se generaba mostraba el resultado de la casilla de altura nivelada y los

resultados de las matrices L, C, y B del método correlativo; estos eran datos que para casos

prácticos el usuario no consideraría necesarios.

Finalmente, los paneles internos de punto individual y archivo se ordenaron de manera

que la estructura fuera más agradable al momento de su visualización para el usuario.

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Ilustración V. Actualización módulo de nivelación GPS. Fuente: Elaboración propia.

5.3.Cálculos elipsoidales

Al realizar el diagnóstico del módulo se identificó que el método de cálculo que utiliza el

software es el método iterativo de Vincenty. En términos de validación y cálculo se

encontró una incongruencia al momento de realizar el cálculo del azimut 2-1, para ciertos

pares de coordenadas el programa arrojaba un resultado mayor a 360°, como se puede

apreciar en la ilustración VI.

11

Ilustración VI. Error en cálculo de Azimut 2-1. Fuente: elaboración propia.

Para dar solución a dicho problema, se modificaron los parámetros de los condicionales

presentes en el código, de manera que el valor para los azimuts 1-2 y 2-1 no sobrepasaran

los 360°.Los códigos se validaron internamente en el programa y se realizaron las

respectivas pruebas, dando como resultado la corrección de dicha incongruencia, como se

aprecia en la ilustración VII.

12

Ilustración VII. Actualización módulo de cálculos elipsoidales. Fuente: elaboración propia

.

5.4.Inconsistencia en lista de orígenes planos cartesianos.

Para el módulo de conversión y transformación se identificó que la base de datos

presentaba inconsistencias, debido a que, en el desplegable de municipios, algunos

aparecían sin información. La base de datos contaba con 2464 municipios de los cuales

solo 1102 contaban con informacion. Asimismo, los nombres de algunos municipios se

encontraban duplicados, en donde uno contenía informacion del origen cartesiano y el otro

se encontraba nulo en informacion. Se identificaron municipios que tenían orígenes

duplicados; por lo que la información presente en la base de datos del software no

concuerda con la depuración de orígenes realizada en el año 2016.

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Tabla 1. Municipios presentes en la base de datos del programa Magna Sirgas Pro 3.0.

Departamento Municipios

sin info. Municipios

con info.

Antioquia 196 125

Atlántico 7 23

Bogotá, D.C. 0 3

Bolívar 46 46

Boyacá 42 125

Caldas 9 27

Caquetá 31 16

Cauca 78 40

Cesar 16 25

Córdoba 101 29

Cundinamarca 97 116

Chocó 86 23

Huila 38 37

La Guajira 17 15

Magdalena 10 30

Meta 40 29

Nariño 139 63

Norte de Santander 22 40

Quindío 9 12

Risaralda 4 14

Santander 25 87

Sucre 71 26

Tolima 64 48

Valle del Cauca 146 42

Arauca 3 7

Casanare 9 18

Putumayo 5 13

San Andrés y Providencia 1 2

Amazonas 35 5

Guainía 4 5

Guaviare 7 4

Vaupés 4 3

Vichada 0 4

Total 1362 1102

2464

14

Se optó por filtrar de la base de datos aquellos municipios sin informacion, con el fin de

que la informacion no fuera engorrosa para el usuario. Dicha discriminación se realizó

teniendo en cuenta la lista de municipios del DANE 2016.Cabe destacar que de los 1102

municipios con informacion, solo 523 cuentan con informacion validada, sin embargo,

esta no se encuentra presente en el presente programa.

5.5.Manual de usuario

Finalmente, se realizó la respectiva actualización del manual de usuario. En el cual se trata

de explicar de la mejor manera el uso de cada uno de los módulos, de manera que cumpla

la función de brindar asistencia al público que hará uso del aplicativo Magna Sirgas Pro.

Ilustración VIII. Actualización manual de usuario. Fuente: elaboración propia.

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6. Cumplimiento de objetivos

Los objetivos propuestos en el proyecto “magna-sirgas pro java” se cumplieron para los

módulos de ondulación geoidal, nivelación GPS y cálculos elipsoidales.

Se evaluó la funcionalidad de cada módulo, con el fin, de identificar las posibles fallas o

confusiones que ciertos elementos podrían generar al momento de usar el aplicativo; se

realizó la respectiva identificación de fórmulas y métodos empleados en el código y se

verifico que fueran congruentes con los documentos técnicos publicados por el GIT-

Geodesia y a su vez con las formulas propias de la geodesia.

Según fuera el caso, se modificó la programacion de ciertos parámetros en cada módulo,

con el fin de incluir los aspectos de mejora en calculo, validación y visualización.

Se generó la respectiva actualización del manual de usuario, para los módulos asignados

y a su vez este fue anexado con los documentos generados por los otros integrantes del

proyecto; de manera que el manual quedara unificado y coherente.

Los avances se evidenciaron en informes parciales, de modo que, la prueba realizada a

cada módulo asignado del programa Magna Sirgas Pro quedara documentada.

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7. Conclusiones

El trabajo de pasantía llevada a cabo en el GIT de geodesia, represento de una experiencia

gratificante, ya que, la mezcla de la programacion orientada a objetos y la geodesia

forjaron un reto bien interesante para el grupo que llevo a cabo este proyecto de Magna

Sirgas Pro-Java. A lo largo del proceso, se fortalecieron los conocimientos teóricos

adquiridos en la academia y se obtuvieron nuevos conocimientos afines a la programacion

orientada a objetos. El producto de dicha formación se plasma en la mejora del aplicativo

Magna Sirgas Pro.

Como usuario muchas veces paso que no comprendía por qué así ingresara o no el valor

de la altura, para el cálculo de la ondulación, el resultado sería siempre el mismo y el

manual no daba solución a esta inquietud, del mismo modo, en cálculos elipsoidales no se

especificaba si la distancia que se usaba era de tipo geodésica, cartográfica o espacial;

aunque la respuesta suene muy obvia, en algunos casos el usuario no posee las bases para

dar respuesta a ello. Por lo que la exclusión de la casilla de altura en la interfaz gráfica del

módulo de ondulación geoidal, la aclaración de distancia geodésica en el módulo de

cálculos elipsoidales y otras modificaciones del entorno ayudara a que no haya más

confusiones e interrogantes de esta índole.

El manual cumple con las expectativas propuestas para su actualización, puesto que, en él

se explica de manera detallada el uso de cada uno de los módulos, tratando de no dejar

preguntas sueltas sin responder, de igual forma, solucionando dudas pequeñas pero

relevantes para el usuario como son: los formatos de separador decimal y separador de

columna para los archivos de tipo csv y de hojas de cálculo de Excel que trae la nueva

versión.

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8. Recomendaciones

Definir una base datos que contenga información depurada de los orígenes cartesianos,

con el fin, de implementarla en la nueva versión de Magna Pro y evitar confusiones en los

usuarios.

Se debería tener más afinidad con el usuario al momento de producir documentos técnicos

de apoyo, ya que, en ocasiones estos no satisfacen las necesidades básicas del público.

Dar un orden y un cuidado responsable a la informacion interna, con el fin de evitar

duplicidad o acceso libre a la informacion que debería ser confidencial.

La disponibilidad de un repositorio en línea, para proyectos donde se requiera modificar

códigos de programacion es bastante útil, ya que, permite la modificación por parte de

varios usuarios, evita la duplicidad de informacion y permite trabajar de manera ordenada.

Sería bueno que el programa pudiera utilizar el modelo de ondulación EGM2008.

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9. Bibliografía

Vargas, J. E. (2014). Geometría del Elipsoide. Bogota D.C. Colombia.

Calderon, J. F. (2012).Bases teoricas de Geodesia.Heredia. Pais Vasco (España).

IGAC. (2004). Guía metodológica para la obtención de alturas sobre el nivel

medio del mar utilizando el sistema GPS. Bogota D.C. Colombia.

IGAC. (2004). Determinación de la superficie vertical de referencia para Colombia.

Bogota D.C. Colombia.

IGAC. (2001). Ajuste condición de nivelación. Bogota D.C. Colombia.

Trincado, A. R. (2015). Comparación de métodos para la determinación de grandes

distancias entre puntos de la superficie terrestre. San Juan. Argentina.

Sierra, K. (2005). Head Fisrt Java. California. EE.UU.

Beltrán, A. F. (2016). Documentación, revisión, ajuste e ingreso a la base de datos de

orígenes cartesianos para el grupo interno de trabajo (GIT) de geodesia del instituto

geográfico Agustín Codazzi. Bogotá D.C. Colombia.