ONCEAVA PRCTICA: VISACIONES SATELITALES EN MODO ESTTICO CON DOS GPS DIFERENCIALES

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INDICE1. INTRODUCCIN32. OBJETIVOS33. MATERIALES34. MARCO TERICO4SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)4SISTEMA NAVSTAR5DILUCIN DE LA PRECISIN DOP (DILUTION OF PRECISION)6MTODOS EN LAS OBSERVACIONES SATELITALES Mtodo Autnomo6Mtodo o Modo Diferencial - Esttico (d < 200 km)6Mtodo o Modo Diferencial - Esttico (d>200 km)75.PROCEDIMIENTO86. CLCULOS Y RESULTADOS9Coordenadas UTM12Coordenadas Geodsicas12Coordenadas Cartesianas137. CONCLUSIONES148. RECOMENDACIONES14

1. INTRODUCCINEn todo proyecto de ingeniera civil en su fase estudio y para su posterior ejecucin es de suma importancia contar con un preciso plano de levantamiento topogrfico de la zona en donde se plantea realizar el proyecto de construccin. En tal sentido antes de realizar cualquier tipo de medicin con la ayuda de equipos ingenieriles es necesario e imprescindible precisar, de manera eficiente por medio de una monumentacin adecuada, nuestros puntos de control que definen la poligonal de apoyo base para la elaboracin de un efectivo levantamiento topogrfico.2. OBJETIVOS

Aprender cmo funciona el GPS de doble frecuencia Conocer las funciones de la Base y de Rover Determinar las coordenadas UTM de cada punto de control de la poligonal en cuestin, incluyendo el punto P.3. MATERIALES

TV217-J2014-II

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GPS de doble frecuencia

Linterna

Trpode

Cinta mtrica

4. MARCO TERICOSISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)Es un sistema de navegacin, basado en un conjunto de satlites que giran en orbitas respecto a la Tierra con el objetivo de determinar la posicin de un punto.El principio matemtico que gobierna la ubicacin de un punto est basado en el mtodo de reseccin Pothenot.El sistema de navegacin GPS es un sistema de radionavegacin basado en la emisin de seales desde una constelacin artificial de 24 satlites orbitando alrededor de la tierra (21 regulares y 3 de respaldo). Esta constelacin recibe el nombre de NAVSTAR (NAVigation Satellite Timing And Ranging). El sistema GPS fue desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, con fines puramente militares.Dado que los satlites se encuentran a 20000 km de altitud respecto a la superficie terrestre, las ondas de radio que emite atraviesa el espacio con velocidad de 300 000 km/s, sin embargo dicha velocidad se ve afectada al encontrarse con la atmsfera terrestre, principalmente con la ionsfera, ocasionando un error en el clculo de la distancia.En la actualidad existen receptores GPS capaz de leer ondas de frecuencias L1 y L2, a stas se les llama GPS de doble frecuencia, sin embargo tambin se encuentran receptores que tan solo pueden leer una sola frecuencia, obviamente entre una y la otra existe amplia diferencia econmica.

SISTEMA NAVSTAREL sistema de navegacin GPS ha ido evolucionando con el tiempo, y se han implementado aplicaciones a diferentes reas que incluso requieren de mayores precisiones.Algunas de las reas que requieren de mayor precisin son en la ingeniera civil, geologa, minera, Navegacin area, etc.Debido a estos requerimientos, se ha implementado la tcnica de GPS diferencial o DGPS. que reducen sustancialmente el error basado en la idea de que es posible reducir el error si se utilizan o correlacionan las distintas medidas de dos o ms receptores GPS a los mismos satlites.

GPS Diferencial BASE- ROVER

DILUCIN DE LA PRECISIN DOP (DILUTION OF PRECISION)Llamado tambin GDOP (dilucin geomtrica de precisin).El DOP es un valor adimensional que describe la solidez de la figura observable constituida por el tetraedro compuesto por el receptor y los satlites a la vista. Su valor ideal es cero (aunque es muy difcil su obtencin), pero aumenta si la geometra empeora, pudindose producir una situacin en la que habiendo suficientes satlites a la vista, deba suspenderse la observacin porque el DOP supera el valor admisible que puede ser seis.MTODOS EN LAS OBSERVACIONES SATELITALESMtodo AutnomoConsiste en el uso de un solo receptor, este recibir las seales de los diversos satlites y los almacenar en su memoria segn el intervalo de tiempo configurado. Las coordenadas encontradas engloben un error de varios metros o incluso decenas de metros.

Mtodo o Modo Diferencial - Esttico (d < 200 km)Se basa en el empleo de dos receptores: el receptor BASE (A), ubicado en un punto de coordenadas conocidas, y el receptor ROVER (B), instalado en un punto cuyas coordenadas se requiere conocer. Sabemos que el motivo del uso de las frecuencias es eliminar gran porcentaje del error proveniente por la presencia de la ionsfera. El principio se fundamenta en la siguiente explicacin:a. Con el receptor BASE: aplicando el mtodo autnomo, es posible obtener las coordenadas navegadas (en el postproceso), sin embargo, como quiera que dichas coordenadas son conocidas, se hace fcil deducir el error que acompaa a las coordenadas navegadas.b. Con el receptor ROVER: considerando que la distancia entre ambos receptores se hace nfimo en comparacin a la existente entre cada receptor y los satlites, se hace lcito adoptar como correccin el error obtenido con el receptor base. Es as que el clculo de la posicin en el receptor ROVER se realiza de forma relativa gracias al conocimiento de los incremento de coordenadas de un receptor con respecto a otro tomado como referencia.La desviacin obtenida puede variar desde (5 mm+1 ppm) hasta (10 mm+1 ppm).

Mtodo o Modo Diferencial - Esttico (d>200 km)Este mtodo es aplicable para distancias grandes o trabajos de gran precisin y su proceso es similar al anterior.La diferencia radica en el uso de varios receptores BASE, con sus respectivas coordenadas dato. Esto permite la aparicin de una red planimetra sujeta a los ajustes respectivos lo cual genera valores de ptima calidad. Usando receptores de doble frecuencia, operando entre 50 y 500 km y en iguales condiciones de nmero de satlites y tiempo de observacin pueden alcanzar precisiones del orden de 0,1 mm +1 ppm.

5.PROCEDIMIENTO

Primero vamos a un lugar de coordenadas UTM conocidas, que un nuestro caso sera u punto en la Facultad de Ingeniera Geolgica, Minera y Metalrgica. En este punto planteamos la Base y la prendemos.

Al prender el GPS de doble frecuencia podemos observar cunto hay de cada satlite, NAVSTAR y GLONASS. De ah vamos a nuestra zona de trabajo y usamos Rover para obtener las coordenadas UTM de cada uno de nuestros puntos. Ponemos el trpode con el GPS sobre nuestros puntos y prendemos el GPS y los activamos por 5 minutos.

Realizamos este proceso en nuestros 5 puntos de nuestra poligonal y el punto de referencia P. En la computadora bajamos nuestros puntos de Rover y Base , calculamos nuestros puntos UTM.

6. CLCULOS Y RESULTADOSLuego de haber realizado el trabajo de campo de observaciones satelitales en modo esttico con dos GPS diferenciales se procede a determinar las coordenadas UTM de cada punto de control de la poligonal en cuestin incluyendo nuestro punto de referencia (P).Para esto se extrae la base de datos del GPS diferencial a un ordenador para su posterior uso: BASE1110w_IDXCDAVILA1110bDAVILA1110cDAVILA1110dDAVILA1110eDAVILA1110fDAVILA1110g

Con la ayuda del programa Topcon Tools v.7.5 se puede identificar a que punto de control pertenece cada archivo por la hora de inicio y final en que se desarroll cada observacin satelital en un punto determinado.

Puntohora de iniciohora de fin

BASE05:21:00 p.m.08:13:00 p.m.

P05:34:00 p.m.05:41:00 p.m.

A05:48:00 p.m.05:53:00 p.m.

B06:01:00 p.m.06:06:00 p.m.

C06:15:00 p.m.06:20:00 p.m.

D06:24:00 p.m.06:29:00 p.m.

E06:36:00 p.m.06:43:00 p.m.

Asignacin de cada archivo a su punto correspondiente

BASE1110w_IDXC.BASE1.- DAVILA1110b.P2.- DAVILA1110c.A3.- DAVILA1110d.B4.- DAVILA1110e.C5.- DAVILA1110f.D6.- DAVILA1110g.F

Croquis de la ubicacin del punto P y los puntos de control de la poligonal(A, B, C, D y E)

Una vez identificado cada archivo se procede al clculo de las coordenadas UTM de cada punto con el Topcon Tools v.7.5. Teniendo tambin a disposicin los siguientes datos:

Las coordenadas UTM del punto base

Norte: 8670342.273 mEste: 277027.565 m

Alturas instrumentales inclinadas de cada puntoPuntoAltura Instrumental(m)

BASE1.430

P0.026

A1.312

B1.409

C1.231

D1.437

E1.448

Con el Topcon Tools v.7.5 se bteniendo los siguientes resultados: Occupation View del punto base, punto P y puntos de control

Map Veiw del punto base, punto P y puntos de control

Coordenadas UTM y Desviacin del punto base, punto P y puntos de control

Coordenadas UTMNombre Del ArchivoPuntoNorte (m)Este (m)Altura elipsoidal (m)Desviacin(m)

BASE1110w_IDXCBASE8670342.273277027.565135.8640.000

DAVILA1110b_EZGGP8669979.780277051.622140.6200.178

DAVILA1110c_EZGGA8669942.360277053.816138.5570.025

DAVILA1110d_EZGGB8669909.757277041.699138.5520.005

DAVILA1110e_EZGGC8669839.683277115.419140.2020.005

DAVILA1110f_EZGGD8669885.912277088.535139.5430.003

DAVILA1110g_EZGGE8669916.944277077.259139.3210.019

Coordenadas GeodsicasPuntoAltura elipsoidal (m)

BASE-1201'14.0293"-7702'52.8752''135.864

P-1201'25.8289"-7702'52.1693"140.620

A-1201'27.0469''-7702'52.1060"138.557

B-1201'28.1047''-7702'52.5145''138.552

C-1201'30.4024''-770250.0952''140.202

D-1201'28.8919"-7702'50.9723''139.543

E-1201'27.8795''-7702'51.3374''139.321

Coordenadas CartesianasPuntoX(m)Y(m)Z(m)

BASE1398446.238-6080582.604-1319655.835

P1398451.162-6080508.748-1320011.465

A1398450.828-6080498.754-1320047.642

B1398437.267-6080494.919-1320079.433

C1398505.651-6080465.754-1320148.834

D1398481.818-6080480.496-1320103.298

E1398472.459-6080489.076-1320072.825

Desviacin mxima = 17.8 cmDesviacin mnima= 0.3 cmDesviacin promedio =(0.178+0.025+0.005+0.005+0.019+0.003)/7= 0.0391m=3.91cm

La cota del punto BASE en MINAS obtenida del proceso de nivelacin geomtrica de BM CEPS-MINAS:

COTA Base nivelacin = 110.830 m (ALTURA ORTOMETRICA)

Y la cota obtenida de la observacin satelital:

COTA Base GPS = 135.864 m (ALTURA ELISOIDAL)

Diferencia = 25.034 m (ONDULACIN GEOIDAL)

7. CONCLUSIONES

Se obtuvo las coordenadas UTM de los puntos de la poligonal de control y el punto de referencia P de manera eficiente demostrando as que el GPS diferencial es un equipo que ahora el tiempo de trabajo en la obtencin de coordenadas.

La cota de P obtenida con la nivelacin geomtrica (110.830 m) no coincide con la obtenida con el GPS (135.864 m) obteniendo una diferencia de 25.034 m, esto es debido a que el GPS solo se puede medir la altura elipsoidal y la altura que se halla con el proceso de nivelacin es la altura ortomtrica siendo la diferencia de 25.034m la ondulacin geoidal.

El GPS diferencial tiene limitaciones estableciendo la elevacin (altura ortomtrica) del punto donde se realiza la visacion satelital.

La observacin satelital que obtuvo mayor precisin fue la del punto E obteniendo una desviacin de 0.3 cm.

La observacin satelital que obtuvo menor precisin fue la del punto P obteniendo una desviacin de 17.8 cm, esto fue posiblemente debido este punto se encontraba al costado de una edificacin y adems que en ese momento no se contaba con el trpode y se tom la medida poniendo al equipo en el suelo lo que pudo conllevar a tener un cierto error.

La desviacin promedio del trabajo fue de 3.91 cm de precisin.8. RECOMENDACIONES

Si se desea obtener ms precisin en la obtencin de las coordenadas de un punto se recomienda aumentar el tiempo de grabacin en la observacin satelital, adems de tomar medidas en lugares despejados sin presencia de edificaciones u obstculos que puedan dificultar la recepcin de seal del GPS.

No es recomendable utilizar el GPS diferencial para el clculo de elevaciones ya que estos datos difieren en gran medida de su valor real, para esto se recomienda realizar la nivelacin geomtrica con el nivel convencional.