02-ConceptosGPS-19mar2013

PROFESIONAL AGRIMENSORHerramientas Geomáticas

Guatemala, 19 de marzo de 2013

CURSO PARA

PROFESIONALES AGRIMENSORES



Contenido

Ejercicio de cálculos de valores sobre el elipsoide 25 puntos. (Traer calculadora científica)

Introducción a los sistemas de posicionamiento satelital. Métodos de levantamiento con GPS.

Introducción a la cartografía. Clasificaciones de la Cartografía. Tipos de mapas. ProyeccionesCartográficas.

Levantamientos topográficos en la proyección GTM.

Ejercicio de transformaciones de coordenadas geográficas a GTM y viceversa. 25 puntos.Traer computadora portátil.

Evolución de la fotogrametría y estado actual. Relación con otras disciplinas. Ventajas ydesventajas. Usos y aplicaciones.

Evaluación

HERRAMIENTAS GEOMÁTICAS – PROFESIONALES AGRIMENSORES

Fecha

Clasificación de las fotografías aéreas. Diferencias entre mapa y fotografía. Cámaras aéreas. Geometría de una fotografía. Factores que afectan la calidad métrica de las fotografías.

Fotogrametría digital. Siistemas digitales. Ventajas y desventajas.

Guatemala, marzo - abril 2013

Presentación del curso. Instrucciones generales. Introducción. Definiciones. RepasoTopografía. Teoría de Errores. Geometría del elipsoide.1

2

3

14-M

ar-1

319

-Mar

-13

20-M

ar-1

3

6

04-A

br-1

321

-Mar

-13

02-A

br-1

3

4

5



Jorge E. Mansilla GonzálezIngeniero Civil

CONCEPTOS

DE GPS



CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN2. ¿ QUÉ ES GPS ?3. MÉTODOS DE POSICIONAMIENTO4. TÉCNICAS DE MEDICIÓN DIFERENCIAL5. FUENTES DE ERROR6. LA RED CORS EN GUATEMALA



1

INTRODUCCIÓN



GPS TopografíaFotogrametría

Métodos de levantamiento



2

¿ QUÉ ES GPS ?



¿ QUÉ ES EL GPS?Sistema de localización y navegación basado en satélites artificiales para brindar una posición precisaEn forma continuaEn todo lugar

1978-1985: Fase preoperativa con lanzamiento de 11 satélites del bloque I1989-1997: Lanzamiento de 28 satélites del bloque II/IIr de la fase operativaEl Congreso de los Estados Unidos lo declaró operativo en 1,994



Instrumento¿ Qué precisión necesita ?

Método

Cálculo

¿ 15 metros ?¿ 5 metros ?¿ 1 metro ?

¿ 2 centímetros ?



COMPONENTESSegmento del espacio

24 Satélites activos

3 de reserva

Órbitas de 20,200 km

Inclinación 55 °

Período de rotación 11h55’



Hawai

ColoradoSprings

Asención

DiegoGarcia

Kwajalein

Segmento de controlRastrea los satélites

Actualiza su posición

Sincroniza relojes.

Determina la órbita de cada satélite y predice su trayectoria para las próximas 24 horas

Una estación de control maestro5 Estaciones de observación4 Antenas en tierra

Estación de controlEstaciones de vigilanciaAntena terrestre

COMPONENTES



Segmento del usuarioCOMPONENTES



3

MÉTODOS DE

POSICIONAMIENTO



METODOSPOSICIONAMIENTO AUTÓNOMO

5 – 20 metrosUbicación aproximadaExcursiones, recreaciónInstrumentos “navegadores”Sujeto a varias fuentes de error



POSICIONAMIENTO DIFERENCIAL CORREGIDO (DGPS)

Precisión de 0.2 a 5 metrosUsado en navegación costera y SIGSe conoce la posición de la estación base

METODOS



POSICIONAMIENTO DIFERENCIALMEDICIÓN DE FASE

Usado principalmente con fines geodésicos y topográficosDos receptores simultáneosPrecisión de 0.5 – 50 milímetrosLa diferencia con DGPS es que se mide la fase portadora

METODOS



4

TÉCNICAS DE

MEDICIÓN DIFERENCIAL





MÉTODO ESTÁTICOMínimo 5 satélites

Mínimo dos receptores

Precisión de 5 a 50 milímetros

APLICACIONES

Establecimiento de las Redes de Apoyo Catastral 1 y 2

Medición de Linderos



La red ABCDE debe ser medida con tres receptores. Se conocen las coordenadas de A en el sistema WGS84. Los receptores se colocan en los puntos A, B y E, registrando datos durante el tiempo necesario.

Después del tiempo necesario de registro, los receptores se desplazan de E a D y de B a C, formando el triángulo ACD, el cual es medido.

El resultado final será la medición de la red ABCDE.

Un punto es medido tres veces y cada punto se mide por lo menos dos veces, lo cual proporciona la redundancia necesaria. Con esto, los errores gruesos serán detectados y las mediciones incorrectas serán desechadas



MÉTODO ESTÁTICO RÁPIDO

Mínimo 5 satélites



APLICACIONES

Densificación de redes

Puntos de control fotogramétrico

Medición de Linderos



1. La red 12345 debe ser medida desde la estación de referencia R con tres receptores.

2. La estación de referencia es iniciada. Se coloca un Móvil en el punto 1 y el otro en el punto 3.

3. Transcurrido el tiempo de registro necesario, un móvil se desplaza al punto 2 y el otro al punto 4

4. Un móvil mide el punto 5 y el otro móvil deja de ser necesario.

5. El resultado final será la radiación de la figura 5.



En esta tabla se muestran los tiempos de observación aproximados para diferentes longitudes de líneas base, trabajando con un sensor de doble frecuencia en latitudes medias y bajo las condiciones ionosféricas promedio



En esta tabla se muestran los valores aproximados de error medio cuadrático de una medición simple usando diferencia de fase en función del tiempo de observación y longitud de las líneas base.



RECEPTORES DE UNA FRECUENCIA

En Estático y Estático Rápido el tiempo de observación no debe ser inferior a 15 minutos.

Por cada kilómetro de longitud de la línea base, se deben tomar observaciones durante 5 minutos, siendo 15 minutos el tiempo mínimo de observación.



Únicamente se deben emplearventanas de observación con unmínimo de 5 satélites, con un ángulo de elevación superior a los 15° y un buen GDOP (< 8).

Si se requiere obtener la mayor precisión posible en los resultados, se recomienda orientar las antenas en una misma dirección.

En líneas largas mayores a 10 km, la precisión que se puede obtener con sensores de una frecuencia será menor a aquella lograda con sensores de doble frecuencia . Esto se debe a los efectos ionosféricos, los cuales no pueden ser eliminados al trabajar con datos de una frecuencia.



Efeméridestransmitidas

EfeméridesPrecisas IGS

Efmérides de los satélites

Cuanto más largas son las líneas base, más importantes son las efemérides

EfeméridesRápidas IGS



http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html

El uso de las efemérides precisas para análisis especiales produce errores mínimos

Es recomendable el uso de efemérides transmitidas sólo para líneas base menores de 20 km

Efemérides rápidas de IGS disponibles después de 1 día

Órbitas finales disponibles después de 2 semanas



CINEMÁTICO EN TIEMPO REAL

RTK

Mínimo 5 satélites


Un enlace de radio


APLICACIONES

Replanteo de linderos



La Estación de Referencia tiene un radio enlace conectado y retransmite los datos que recibe de los satélites.El Móvil también tiene un radio enlace y recibe las señal transmitida de la Referencia. Este receptor también recibe los datos de los satélites directamente desde su propia antena. Estos dos conjuntos de datos pueden ser procesados juntos en el Móvil para hacer correcciones en tiempo real y obtener una posición muy precisa en relación al Receptor de Referencia.



5

FUENTES

DE ERROR



Retrasos ionosféricos y atmosféricos, interferencia, “ruido” en la señal

Efecto multi-trayectoria

Dilución de la precisión

Errores en el reloj del satélite y del receptor

Disponibilidad selectiva



Al pasar la señal del satélite a través de la ionosfera, su velocidad puede disminuir pues la luz sólo tiene una velocidad constante en el vacío.Estos retrasos atmosféricos pueden introducir un error en el cálculo de la distancia, ya que la velocidad de la señal se ve afectada.La ionosfera no introduce un retraso constante en la señal. Existen diversos factores que influyen en el retraso producido por la ionosfera.



Elevación del satélite. Las señales de satélites que se encuentran en un ángulo de elevación bajo se ven más afectadas que las señales de satélites que se encuentran en un ángulo de elevación mayor. La densidad de la ionosfera estáafectada por el Sol. Durante la noche, la influencia ionosférica es mínima. Durante el día, el efecto de la ionosfera se incrementa y disminuye la velocidad de la señal.



El error de multi trayectoria se presenta cuando el receptor está ubicado cerca de una gran superficie reflectora, tal como un lago o un edificio. La señal del satélite no viaja directamente a la antena, sino que llega primero al objeto cercano y luego es reflejada a la antena, provocando una medición falsa.



La Dilución de la Precisión (DOP) es una medida de la fortaleza de la geometría de los satélites y está relacionada con la distancia entre los estos y su posición en el cielo.

El DOP puede incrementar el efecto del error en la medición de distancia a los satélites.

Satélites con mala distribuciónAlta incertidumbre en su posición

Satélites con buena distribuciónPoca incertidumbre en su posición



6

REDES GEODÉSICAS

EN GUATEMALA



Jerarquía de los sistemas de coordenadas

Internac/NAREF “mm”

Nacionales

nuevos

“cm”

Nacionales

antiguos

“cm/dm”

RED GEODÉSICA CLÁSICA

TriangulaciónTrilateraciónDatum: NAD27

RED GEODÉSICA GPS

GPS3 estaciones fundamentalesDatum: WGS84

MARCOS DE REFERENCIA

ITRFSIRGAS



GPS Diferencial

Posición relativa entre dos o más estaciones GPS.Elimina los errores en los relojes y en las efemérides.

Elimina los efectos atmosféricos.

Diferencial en Pos - procesoDiferencial en Tiempo Real

Para aplicaciones de ingeniería y precisión y cuando se requieren posiciones relativas mejor que 0.1 metro es necesario hacer medición diferencial



Significado de CORS:ContinuosOperatingReference

Station

Diferencia CORS – RTK

CORS tiene postproceso RTK no lo tiene



Ventajas de usar

una red CORS



No es necesario observar estaciones adyacentes de referencia, hasta distancias de 50 kilómetros

Uso combinado con la red pasiva para densificación de la red geodésica nacional

Acceso rápido y directo al sistema nacional de coordenadas

Coordenadas absolutas de alta precisión

Es posible enlazar el sistema de referencia nacional a redes CORS vecinas

Es posible el monitoreo permanente del marco de referencia nacional

Ventajas de la estaciones CORS



Situación en Guatemala





Nombre Código Latitud Longitud

Guatemala GUAT 14° 35’ 25.44852” N 90° 31’ 12.66007” W

Santa Elena ELEN 16° 54' 57.80161" N 89° 52' 03.40676“ W

Huehuetenango HUEH 15° 19' 05.30527" N 91° 30' 09.66957“ W

Morales MORA 15° 27’ 44.08841” N 88° 50’ 59.01673”W

El Naranjo NARA 17° 13' 36" N 90° 48' 36“ W

Tikal TIKA 17° 13' 28" N 89° 36' 44“ W

Sayaxche SAYA 16° 31' 13" N 90° 11' 31“ W

Poptún POPT 16° 19’ 31" N 89° 24' 37“ W

Santa Cruz Barillas BARI 15° 48’ 06" N 91° 18' 53“ W

Chisec CHIV 15° 48' 44" N 90° 17' 18“ W

Chicamán CHIQ 15° 21’ 00” N 90° 45’ 07” W

La Tinta TINT 15° 19' 03" N 89° 52' 31“ W

Gualán, Zacapa ZACA 15° 06' 46" N 89° 21' 20“ W

Coatepeque COAT 14° 42' 06" N 91° 53' 04“ W

Cotzumalguapa COTZ 14° 20’ 05" N 91° 03' 29“ W

Taxisco TAXI 14° 02’ 05" N 90° 27' 55“ W

Santa Catarina Mita CATA 14° 27’ 46" N 89° 44' 33“ W



Geometría adecuada, distancias similares a los puntos adyacentesBuen acceso en vehículoMáscara de elevación requerida para GPS sin obstruccionesEn una región geológicamente estableFijación firme a un edificio o cimiento firme de concretoAlejada de líneas de alta tensión, antenas de celular, techos de láminaPreferentemente en un sitio público que facilite el acceso del personalDeseable que exista infraestructura básica (electricidad, teléfonos, internet)

Algunas condiciones para seleccionarel sitio para una estación CORS



Estación Guatemala

Ubicada en el edificio principal del IGN

En esta estación está el centro de control





Santa Elena

Huehuetenango



Morales



Naranjo Tikal

Sayaxché Poptún



Barillas

Chicamán

Chisec

La Tinta



Coatepeque

Taxisco

Cotzumalguapa



Santa Catarina Mita

Gualán

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