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Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Ingeniería

Ingeniería Topográfica y Geodésica

Desarrollo de Habilidades en el uso de las Tecnologías de

la Información y la Comunicación

GEODESIA SATELITAL

Profesora: Pérez-Yáñez Gabriela

Integrantes:

Cuatlehua Cedeño Eduardo

Cruz Morales Alfredo

Guzmán Castro Alex Iván

Torres Soto Laura Jimena

Torres Sánchez Diana Laura

Otoño 2013

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RESUMEN:

La Geodesia Satelital es una importante tecnología de posicionamiento de puntos

de control terrestre geodésicos que permite a través del uso de sistemas GPS,

establecer redes de apoyo topográficas debidamente georeferenciadas. Hoy en día

el uso de un sistema de geoposicionamiento global nos permite un mejor

desplazamiento sobre la superficie global.

Con el rápido aumento de la tecnología industrial después de la Segunda Guerra

Mundial hubo la necesidad de mejorar la información geodésica. Las principales

encuestas y técnicas de posicionamiento eran todavía laboriosas y difíciles, así

como peligrosas, en las partes más inaccesibles del mundo. Había una necesidad

de integrar las encuestas a nivel mundial para relacionar los principales puntos de

referencia de los diferentes continentes.

La geodesia es una de las ciencias más antiguas cultivada por el hombre. Su

objetivo es el estudio y determinación de la forma y dimensiones de la Tierra, de su

campo de gravedad, y sus variaciones temporales.

El GPS tiene una variedad de aplicaciones en tierra, en el mar y en el aire.

Básicamente, el GPS se puede utilizar en todas partes menos donde es imposible

recibir la señal como el interior de la mayoría de los edificios, en las cuevas y otros

lugares subterráneos y submarinos. Las aplicaciones más comunes son el aire para

la navegación por la aviación general y de aviones comerciales. En el mar, el GPS

también se utiliza normalmente para la navegación en embarcaciones de recreo, los

pescadores comerciales, y marineros profesionales. Aplicaciones terrestres son

más diversos. La comunidad científica utiliza el GPS para su capacidad de tiempo

de precisión y la información de la posición.

GEODESIA SATELITAL

INTRODUCCIÓN

La Geodesia Satelital es una importante tecnología de posicionamiento de puntos

de control terrestre geodésicos que permite a través del uso de sistemas GPS,

establecer redes de apoyo topográficas debidamente georeferenciadas y hoy en día

hasta los levantamientos topográficos mismos de aplicación directa en proyectos y

obras de Ingeniería, con exactitudes milimétricas, que garantizan altos niveles de

precisión y rendimiento. El procesamiento de estas observaciones satelitales puede

ser realizado con un software de post-proceso, ya sea en campo o en gabinete, sin

embargo, ahora este cálculo puede ser en forma inmediata por la unidad de control,

obteniendo las coordenadas en el instante, es decir, en tiempo real. Además el post-

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proceso, permite mediante el uso de software especializados el dibujo automatizado

de mapas o planos topográficos y /o temáticos.

JUSTIFICACIÓN

Hoy en día el uso de un sistema de geoposicionamiento global nos permite un mejor

desplazamiento sobre la superficie global; además de ser de gran relevancia en el

momento de realizar levantamientos topográficos.

Los ingresos que genera una empresa través de la implementación de dispositivos

GPS en automóviles, teléfonos inteligentes o tablets son caro ejemplo del desarrollo

que la Geodesia Satelital ha tenido en nuestra vida cotidiana; y a su vez, son

ejemplo también del buen uso de las tecnologías de la información y la

comunicación.

OBJETIVOS

Desarrollar un tema de investigación bien sustentado; permitiendo así, tener un

conocimiento más amplio del tema, así como un mayor domino, puesto que es de

vital importancia en nuestra carrera.

1. HISTORIA DE LA GEODESIA SATELITAL

“Con el rápido aumento de la tecnología industrial después de la Segunda Guerra

Mundial hubo la necesidad de mejorar la información geodésica. Las principales

encuestas y técnicas de posicionamiento eran todavía laboriosas y difíciles, así

como peligrosas, en las partes más inaccesibles del mundo”. (Smith, 138) Había

una necesidad de integrar las encuestas a nivel mundial para relacionar los

principales puntos de referencia de los diferentes continentes. Técnicas de estudio

tradicionales no eran suficientes sin la inyección de un nuevo enfoque. Los

desarrollos de cohetes durante la guerra permitieron el estímulo requerido.

1.1 ANTECEDENTES MUNDIALES

El primer Sputnik fue lanzado desde Rusia el 4 de octubre de 1957. Pesaba 184

libras (83 kg), fue accionado por baterías químicas ordinarias, y emitió señales de

radio tan sólo por 3 semanas. Con una altura orbital de 360 millas (576 kilómetros),

orbitaba en 96,2 minutos. La órbita era elíptica, que variaba de 136 millas (216 km)

a 585 millas (1136 km), pero la resistencia del aire y la gravedad disminuyeron

rápidamente estos valores de manera que sólo completó 1.400 órbitas en una vida

útil de 92 días. A pesar de que no tenía instrumentación científica experimental a

bordo, representó el paso adelante que la ciencia había estado esperando.

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El segundo Sputnik, lanzado un mes más tarde, se prolongó durante casi 2.400

órbitas y tenía una instrumentación básica para la recolección de datos.

Estados Unidos entró en la carrera espacial en febrero de 1958 con el Explorer I,

estaba en una órbita más alta que Sputnik, variando de 222 millas (355 km.) a 1.593

millas (2551 kilómetros) y como resultado tuvo una vida de 4 años.

“Desde el punto de vista geodésico era Vanguard de Estados Unidos que lanzó en

marzo de 1958 con una órbita aún más alto, variando de 410 millas (656 km) a 2.468

millas (3950 kilometros), y la duración estimada de los 100 años que hizo el mayor

contribución significativa.” (

2. VINCULACIÓN CON EL GPS

La geodesia es una de las ciencias más antiguas cultivada por el hombre. Su

objetivo es el estudio y determinación de la forma y dimensiones de la Tierra, de su

campo de gravedad, y sus variaciones temporales. Se trata de una ciencia

fundamentada en la física y en las matemáticas, cuyos resultados constituyen

la base geométrica para otras ramas del conocimiento geográfico.

La geodesia es básica en la determinación de la posición de los puntos en la

superficie de la Tierra y una de sus mayores utilidades, desde un punto de vista

práctico, es que mediante sus técnicas es posible representar cartográficamente

territorios muy extensos.

2.1 UTILIZACIÓN DEL GPS (MÉTODO DE TRIANGULACIÓN)

El método de triangulación es la mejor forma en la que trabaja el GPS, este conlleva

una serie de pasos, que podríamos imaginar muy complicados; pero realmente se

puede resumir en los 5 siguientes pasos:

TRIANGULACIÓN DESDE LOS SATÉLITES:

Nuestra posición se calcula en base a la medición de las distancias a los

satélites

Matemáticamente se necesitan cuatro mediciones de distancia a los satélites

para determinar la posición exacta

En la práctica se resuelve nuestra posición con solo tres mediciones si

podemos descartar respuestas ridículas o utilizamos ciertos trucos.

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Se requiere de todos modos una cuarta medición por razones técnicas que

luego veremos.

MIDIENDO LA DISTANCIA

La distancia al satélite se determina midiendo el tiempo que tarda una señal

de radio, emitida por el mismo, en alcanzar nuestro receptor de GPS.

Para efectuar dicha medición asumimos que ambos, nuestro receptor GPS y

el satélite, están generando el mismo Código Pseudo Aleatorio en

exactamente el mismo momento.

Comparando cuanto retardo existe entre la llegada del Código Pseudo

Aleatorio proveniente del satélite y la generación del código de nuestro

receptor de GPS, podemos determinar cuánto tiempo le llevó a dicha señal

llegar hasta nosotros.

Multiplicamos dicho tiempo de viaje por la velocidad de la luz y obtenemos la

distancia al satélite.

CONTROL PERFECTO DEL TIEMPO

Un tiempo muy preciso es clave para medir la distancia a los satélites

Los satélites son exactos porque llevan un reloj atómico a bordo.

Los relojes de los receptores GPS no necesitan ser tan exactos porque la

medición de un rango a un satélite adicional permite corregir los errores de

medición.

CONOCER DONDE SE ENCUENTRAN LOS SATELITES

Para utilizar los satélites como puntos de referencia debemos conocer

exactamente donde están en cada momento.

Los satélites de GPS se ubican a tal altura que sus órbitas son muy

predecibles.

El Departamento de Defensa controla y mide variaciones menores en sus

órbitas.

La información sobre errores es enviada a los satélites para que estos a su

vez retransmitan su posición corregida junto con sus señales de tiempo.

CORRECCIÓN DE ERRORES

La ionosfera y la troposfera causan demoras en la señal de GPS que se

traducen en errores de posicionamiento.

Algunos errores se pueden corregir mediante modelación y correcciones

matemáticas.

La configuración de los satélites en el cielo puede magnificar otros errores

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El GPS Diferencial puede eliminar casi todos los errores

3. APLICACIONES DE LA GEODESIA SATELITAL

El GPS tiene una variedad de aplicaciones en tierra, en el mar y en el aire.

Básicamente, el GPS se puede utilizar en todas partes menos donde es imposible

recibir la señal como el interior de la mayoría de los edificios, en las cuevas y otros

lugares subterráneos y submarinos. Las aplicaciones más comunes son el aire para

la navegación por la aviación general y de aviones comerciales. En el mar, el GPS

también se utiliza normalmente para la navegación en embarcaciones de recreo, los

pescadores comerciales, y marineros profesionales. Aplicaciones terrestres son

más diversos. La comunidad científica utiliza el GPS para su capacidad de tiempo

de precisión y la información de la posición.

Los topógrafos utilizan GPS para una parte creciente de su trabajo. GPS ofrece un

ahorro de costes al reducir drásticamente el tiempo de instalación en el lugar de

estudio y proporcionar una precisión increíble. Unidades básicas de la encuesta,

que cuestan miles de dólares, puede ofrecer una precisión hasta un metro. Los

sistemas más caros están disponibles que puede proporcionar una precisión de un

centímetro.

Todo el proceso de determinación de posiciones geodésicas está intrínsecamente

ligado con la forma y dimensiones de la Tierra, por lo tanto el problema de la

determinación de la figura de la Tierra no es puramente teórico sino que tiene una

proyección práctica en lo referente al cálculo de coordenadas de puntos y a la

resolución de problemas geométricos sobre su superficie.

3.1 EN LA CONSTRUCCIÓN

Se abordará una explicación sobre cómo se aplica la geodesia satelital a base de

métodos en la construcción. Se presentará conocimiento acerca la hoja de datos

del GPS, así como también se tomara en cuenta la geodesia espacial, esta ciencia

se usa directamente en satélites artificiales, daremos a conocer de igual forma

puntos en las consideraciones generales como; longitud de líneas, estaciones de

referencia temporales, comprobación de los puntos observados, observaciones

diurnas y nocturnas mejores tiempos de observación y consideraciones de la

transformación a coordenadas locales.

Para obtener un buen proceso de datos es necesario tener en cuenta lo siguiente;

-MASCARA DE REFRACCIÓN:

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Se emplea una máscara de refracción, para que el receptor no adquiera información

de satélites por debajo de una determinada altura sobre el horizonte. La recepción

por debajo de 15° por encima del horizonte está muy afectada por la refracción

atmosférica. Como consecuencia hay que planear la observación teniendo en

cuenta la máscara de refracción, pero hay que tener cuidado, si se pierden satélites,

puede que no obtengamos resultados coherentes con los planeados.

–MODELO IONOSFERICO:

Solo afecta al cálculo de líneas bases de más de 20 km, se usa un modelo empírico,

basado en el estudio del comportamiento de la Ionosfera, tomando en cuenta el

ángulo solar. Se aplican correcciones a todas las observaciones de fase, que varían

con el ángulo horario solar y con la elevación del satélite recibido. Un modelo

Ionosferico incorrecto introduce un error de factor de escala en las bases calculadas.

La información Usada en el proceso suele ser, que para obtener la máxima precisión

posible, es usar información de Medida de Código y Fase, para cálculos rápidos de

líneas bases, cuando no se necesite precisión basta con usar información de solo

Código. Para líneas bases de más de 100km, el proceso de observaciones de solo

Código puede dar resultados con precisiones muy buenas. Si las medidas de código

se rompen por algún motivo, deberemos procesar con solo medidas de Fase. Para

obtener resultados precisos con información cinemática, se debe procesar con

código y fase, las solas medidas de fase son buenas, pero las medidas de código

sirven como comprobante y seguridad en caso de que se haya perdido la cuenta de

ciclos. La Estrategia de cálculo nos dice, que antes de comenzar el proceso de

cálculo hay que considerar cual es la mejor forma de calcular la red. Hay que juzgar

aspectos; obtención de coordenadas WGS-84 de un punto, conexión con el Datum

local, Calculo de las estaciones de referencia y distinción entre líneas bases largas

y cortas. Hay que enlazar el punto WGS-84 con las Referencias. Después calcular

la red de Referencias. También es interesante, al iniciar el cálculo, conectar con los

puntos conocidos en el Datum Local.

3.2 EN LAS COMUNICACIONES Y TRANSPORTES

APLICACIÓN MARÍTIMA

Actualmente los sistemas de posicionamiento por satélite gozan ya de una

aceptación generalizada dentro del sector marítimo. A medida que crece el mercado

surgen necesidades específicas (mejora de la precisión, garantía de la continuidad,

disponibilidad de la señal o cobertura global) en diferentes campos de aplicación,

como puede ser la navegación en mar abierto o las aproximaciones a costa o puerto.

Dado que las aplicaciones relacionadas con la navegación marítima implican la

seguridad de los pasajeros y la tripulación, se requieren sistemas que garanticen el

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máximo el grado de precisión, integridad, continuidad y fiabilidad. Teniendo en

cuenta estos requisitos, los sistemas de navegación por satélite existentes (GPS y

GLONASS) presentan enormes limitaciones de cara a su aplicación.

-Alta precisión en la navegación y la aproximación a puertos, canales, etc

- Las aplicaciones y sistemas de control de flotas permitirán el control y seguimiento

de embarcaciones de pesca y barcos que transporten mercancías peligrosas.

-Vigilancia de la tierra

-Exploraciones sísmicas

-Explotación de recursos marinos

-Prospecciones oceanográficas

APLICACIÓN EN LA AVIACIÓN

La aviación es uno de los sectores en los que se espera que incidan notablemente

los sistemas de ayuda a la navegación por satélite propiciando una mejora del

servicio y aumentando la seguridad. Estos sistemas de navegación se utilizarán en

todas las fases del vuelo incluyendo el aterrizaje. Estos sistemas se espera que

sucedan a los tradicionales Instrument Landing System (ILS) utilizados

mundialmente.

OPERACIONES TERRESTRES:

• Control Geodésico.

• Replanteo de localizaciones.

• Apoyo a redes gravimétricas.

• Ubicación de señales de corrosión en tuberías enterradas.

• Demarcación de zonas de seguridad.

• Operaciones catastrales

En cada una de estas actividades se examinan las exactitudes requeridas y las

condiciones ambientales del trabajo, para analizar la posible optimización del GPS

en cada caso.

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EL GPS APLICADO AL AUTOMOVILISMO

Las ventajas de estos sistemas inteligentes de navegación por carretera son

muchas, por un lado nunca nos encontraremos perdidos ya que el sistema de

localización indica el punto exacto donde nos encontramos. Por otra parte, frente a

los tradicionales mapas de carretera, este sistema es más rápido y eficaz.

El desarrollo de los sistemas de navegación y su aplicación a los automóviles

motivará que en un futuro cercano el conductor pueda tener toda una red de

información dentro de su vehículo, capaz de integrar distintos canales multimedia

audio, vídeo, ordenador de viaje, televisión, teléfono GSM, Internet, etcétera. Como

prueba, los dispositivos de asistencia al conductor le advertirán del empleo de luces

ante la proximidad de un túnel, de la peligrosidad de un tramo o de la necesidad de

reducir su velocidad ante la cercanía de una curva o de un cruce.

CONCLUSIONES:

El GPS y la GEODESIA SATELITAL nos han permitido mejorar nuestra calidad de

vida al ser útiles en la implementación e innovación en métodos de comunicación y

transporte para la sociedad; su estudio desde un punto de vista objetivo, permite la

identificación de ventajas y posibles desventajas de su uso. La tecnología va de la

mano con el hombre,

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BIBLIOGRAFÍA

Smith, R. (1997). Introduction to Geodesy: The History and Concepts of Modern

Geodesy. New York, NY: John Wiley & Sons, Inc. P. 138 – 139.

Escalante M.G.(2009) APLICACIONES DE LOS SISTEMAS GPS Y DGPS,

Recuperado el 11/11/2013 en

http://www.oocities.org/es/mari0411ve/aplicacionesdelosgps.htm

Fernández, E. (2008).Comparación en el posicionamiento global por el método

analítico y por el método de pseudorangos. Memoria para obtener título de

Licenciado en Ingeniería Topográfica y Geodésica, Facultad de Ingeniería,

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México.