Nombre de la asignatura:

Carrera:

Clave de la asignatura:

(Crditos) SATCA

Topografa

Ingeniera civil

ICT-1033

2-6-8

PRACTICA NUM 10 LEVANTAMIENTOS CON EL GPSCOMPETENCIA:SIGUIENDO EL INSTRUCTIVO DE PRCTICAS, LOS ESTUDIANTES Y PREVIA EXPLICACIN DEL PROFESOR, REALICEN UN LEVANTAMIENTO CON UN RECEPTOR DE POSICIONAMIENTO GLOBAL, ANEXANDO EL PLANO Y LOS ARCHIVOS REGISTRO AL PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS PARA CONSTATAR LAS COMPETENCIAS ADQUIRIDAS.I. INTRODUCCION:

GPS fue diseado, en principio, para satisfacer las necesidades de navegacin y medicin de tiempo en forma precisa, continua, bajo todo clima y en una malla comn para uso militar mundial del Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD).

El sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de Posicionamiento Global es un sistema compuesto por una red de 24 satlites denominada NAVSTAR (Navigation Satellite Time and Ranging) Divisin de Geodesia, situados en una rbita a unos 20.200 km. de la Tierra, y unos receptores GPS, que permiten determinar nuestra posicin en cualquier lugar del planeta, de da o de noche y bajo cualquier condicin meteorolgica.

Para la obtencin de coordenadas globales precisas, de latitud, longitud, coordenadas UTM, y cotas sobr el nivel del mar deben de situarse sobre puntos de coordenadas conocidas. El INEGI ha colocado puntos con altas precisiones estos datos son extrados del banco de datos geodsicos de la Direccin General de Geografa (DGG). En Oaxaca contamos con la estacin OAXA y OAX2. II. El desarrollo de est prctica esta relacionada con la Unidad 4 Taquimetra y 4.4. Levantamiento y posicionamiento con GPS.

III. MATERIAL Y EQUIPO DE ESTACIONES FIJAS:

a) Receptor GPS de doble frecuencia

b) Antena geodsica L1/L2

c) Corriente alterna regulada y bateras

d) Unidad de no paro

e) PC Pentium IV

f) Software de descarga automtica de la informacin

g) Unidad escritora de discos compactos

h) Impresora

i) Lnea telefnica

IV METODOLOGIA:

1. El profesor har una descripcin de las partes principales del GPS y de su uso.PARTES PRINCIPALES DE UN GPS

1. SEGMENTO ESPACIAL

2. SEGMENTO DE CONTROL

3. SEGMENTO DEL USUARIO

1. SEGMENTO ESPACIAL

La constelacin est formada por seis planos orbitales, y en cada uno de ellos existe una rbita elptica casi circular donde se alojan los satlites regularmente distribuidos. Los planos tienen una inclinacin de 55 respecto al plano del ecuador, y se nombran como A, B, C, D, E y F. Cada rbita contiene al menos cuatro satlites, aunque pueden contener ms. Los satlites se sitan a una distancia de 20200 Km respecto del geocentro, y completan una rbita en doce horas sidreas. Estos satlites son puestos en funcionamiento por el Comando de las Fuerzas Areas Espaciales de U.S.A (AFSPC).

2. SEGMENTO DE CONTROLEsta formado por estaciones terrestres que tienen la funcin de:

Establecer la rbita de los satlites como tambin el estado de los osciladores atmicos.

Transmitir a los satlites los datos anteriores para que puedan transmitirse las efemrides hacia los receptores por medio del mensaje de navegacin.

Establecer la materializacin del Sistema de Referencia.

Las estaciones de control son:

Colorado Springs (U.S.A.)

Ascensin (Atlntico Sur)

Hawaii (Pacifico Oriental)

Kwajalein (Pacfico Oriental)

Diego Garca (Indico)

3. SEGMENTO DEL USUARIOEste sector est compuesto por receptores comerciales que permiten la determinacin de la ubicacin del usuario por medio de las seales recibidas y el software de calculo que puede ser usado a posteriori en los casos en que sea necesario post- proceso o in situ cuando se trabaja a tiempo real. El equipo receptor consta de una antena y un receptor, a ello le agregamos el software especfico y los sistemas de comunicacin.

AntenaVa unida al receptor directamente o por cable y tiene la misin de recibir las radiaciones electromagnticas que emiten los satlites y transformarlas en impulsos elctricos que conservan la informacin modulada de las portadoras. Las coordenadas que se miden corresponden al centro radioelcrico de la antena, que suele no coincidir con el centro fsico de la misma por eso se recomienda orientar todas las antenas de una misma observacin en la misma direccin con el fin de que se elimine el error.ReceptorSu misin es de modular la seal de los satlites, es decir reconstruye e interpreta los componentes de la seal (portadoras, cdigos y mensaje de navegacin). Realiza una correlacin de los cdigos, es decir, compara con una replica que l genera y halla el tiempo que tard la seal en llegar al receptor, con ello y la velocidad de propagacin de las ondas en el vaco calcula las llamadas pseudodistancias que se denominan de esa manera por estar afectadas de errores.Contiene una seccin de recepcin de radiofrecuencia con diferentes canales para seguir simultneamente varios satlites, un procesador con su respectivo software, memoria interna, teclado, en algunos casos pantalla de comunicacin, conectores y alimentacin externa. Disponen de un reloj u oscilador que sincronizan los tiempos de recepcin, stos suelen ser de cuarzo con una alta estabilidad y una precisin en el orden de los 10-7. Es muy comn que los receptores y la antena se encuentren en un elemento nico.

ControladorRealiza las siguientes tareas:

1. Controlar el sensor.

2. Gestionar la observacin.

3. Almacenar los datos.

En l vamos a determinar:

1) Tipo de observacin.

2) Parmetros de la observacin.

3) Estado y Salud de los satlites.

4) Seguimiento de los satlites.

5) Calidad de la seal de los satlites.

6) Filtrado de observaciones y datos

7) Definicin y atributos de los puntos de observacin.

8) Avisos acerca de la geometra de los satlites y prdidas de ciclos.

9) Definicin del sistema de referencia.

10) Tiempos de observacin Etc.Tras la observacin se obtienen los siguientes datos:

a) Mensaje de Navegacin.

b) Efemrides radiodifundidas por los satlites

c) Datos meteorolgicos.

d) Almanaque de estado de los satlites

e) Fichero de observacin

TIPOS DE RECEPTORES

Navegacin: Reciben nicamente observables de cdigo (tiempo). Son los menos precisos.Simple frecuencia: Reciben las observables de cdigo y la portadora Ll. Son de aplicacin topogrfica.

Doble frecuencia: Reciben las observables de cdigo y las portadoras Ll y L2. Estn indicados para trabajos de precisin.

De acuerdo con el reloj atmico a bordo, cada satlite transmite su posicin y el tiempo en que el mensaje es transmitido. Este mensaje de navegacin, como cualquier seal de radio, viaja a la velocidad de la luz.

El receptor 'busca' en el firmamento dentro de su horizonte disponible. Cuando encuentra una seal de un satlite, lo 'asegura' en el cdigo C/A y comienza a leer el mensaje de navegacin. El equipo determina su latitud, longitud, altura y tiempo.El receptor, a partir de su reloj, conoce la hora en que recibe la seal del satlite. Calcula la Pseudodistancia al satlite, basado en la diferencia de tiempo de envo y de recepcin de la seal multiplicada por la velocidad de la luz.

Utilizando la informacin del mensaje de navegacin, el receptor evala todos los satlites visibles, determina los cuatro que ofrecen la mejor distribucin geomtrica y los utiliza para calcular cuatro incgnitas:

X = Latitud / Norte

Y= Longitud / Este

Z = Altitud / Elevacin

T = Tiempo

X e Y proporcionan la posicin bidimensional y X,Y,Z, la tridimensional. El tiempo de ajuste requerido para empatar las seales es igual al tiempo de viaje de la seal desde el satlite hasta el receptor. La distancia entre el receptor y el satlite es igual al tiempo transcurrido entre de transmisin de la seal desde el satlite y su recepcin multiplicado por la velocidad de viaje de la seal, d = vDt.

Pero la Pseudodistancia tiene cierto error debido a la diferencia de tiempo entre el reloj atmico de alta precisin del satlite y el reloj en el receptor. La pequea diferencia desconocida se conoce como error de la Pseudodistancia por sesgo en el reloj. El ms pequeo error de tiempo genera diferencias entre la distancia real y la calculada.

Cuando se enciende un receptor, este lee su memoria y obtiene la ltima posicin calculada y el almanaque para la constelacin. Si se lo deja, el receptor comienza a buscar los satlites que pueden ser visibles a esa hora para esa ltima posicin. (Una batera de memoria mantiene el reloj del receptor en funcionamiento, aun estando apagado).

Una vez que capta el primer satlite, lee el mensaje de navegacin de todos los satlites y actualiza el almanaque en su memoria. Ahora sabe en dnde estn los satlites, cules pueden ser visibles desde su posicin y cules son utilizables.

El receptor evala la geometra de los satlites visibles y selecciona los cuatro con la mejor dilucin de la precisin (GDOP).

El tiempo necesario para conocer la primera posicin precisa despus de un corto perodo de 'calentamiento' se conoce como tiempo de la primera fijacin (TTFF). La posicin presentada en la pantalla del receptor comenzar a cambiar a medida que este obtenga cuatro satlites y realice ajustes a diferentes composiciones de los mismos.Recurdese que la antena del receptor necesita un campo de visin despejado. El terreno, las construcciones, el follaje denso y los vehculos pueden bloquear la visual a un satlite.

El receptor continuar refinando su clculo de posicin. Se estabilizar primero la posicin horizontal y posteriormente la elevacin. Debido al arreglo de la constelacin, la elevacin presentada ser usualmente menos estable que las posiciones norte y este. Antes del inicio de cualquier tarea debe asegurarse un completo TTFF. Debe recordarse que mientras el receptor se est ajustando tambin reconoce, a partir del almanaque, cundo alguno de los satlites que est siguiendo va a desaparecer del horizonte. Asimismo, conoce cul ser el prximo en aparecer.

Estos ajustes continuos de la geometra generan cambios pequeos en la posicin mostrada en pantalla, que es la posicin de la antena, no del receptor.

TRABAJOS DE CAMPO1. Materializacin de puntos de primer orden: a) Para la ampliacin de la red MAGNA, se ha establecido un mojn de concreto para puntos geodsicos de primer orden que mida 40 x 40 cm de lado x 1 m de altura (independientemente de la naturaleza del suelo), y que sobresalga del terreno 30 cm.

2. Seleccin de puntos. a) Contar con la cartografa de la zona del proyecto a fin de puntear los puntos de control y los sitios deseados como estaciones nuevas. b) Cumplir con las condiciones bsicas de un punto GPS son la vista clara del horizonte sobre 15 de elevacin y la facilidad de acceso.

3. Sesiones. a) Por lo menos dos o ms receptores que observen al mismo tiempo. b) Iniciar una sesin con la ubicacin de cuatro satlites visibles sobre 15 de elevacin.c) Considerar los factores que determinan la duracin de una observacin son:

Geometra y nmero de satlites.

Grado de perturbacin ionosfrica.

Longitud de la lnea base o vector a observar.

Cantidad de obstrucciones.

4. Reconocimiento de campo. a) Recorrer los sitios seleccionados para hacer una programacin de actividades con el objeto de identificar cules de estos satisfacen las condiciones ptimas para un buen levantamiento. (Esta etapa permite evitar costosas reposiciones de tiempo y dinero.)b) La informacin recolectada en el reconocimiento deber contener descripciones, accesos, croquis, fotografas, diagrama del horizonte local, posibles causas de multicamino, coordenadas aproximadas y datos sobre el propietario del predio.c) Ubicacin y numeracin de los vrtices.

5. Instalacin de la antena. a) Una de las fuentes mayores de errores en GPS es la lectura incorrecta de la altura de la antena y la determinacin errnea de su centro elctrico.

El primer aspecto se puede resolver mediante la verificacin de la altura, del centrado y nivelado de la antena al comienzo y al final de cada sesin. El segundo, mediante la observancia de las dimensiones proporcionadas por el fabricante de acuerdo con la configuracin empleada la antena (sobre trpode, bastn, pilastra, etc.).Para sesiones consecutivas sobre un mismo punto, es aconsejable modificar la altura instrumental entre 10 y 20 cm. y tener presente que el vehculo que se emplee deber ubicarse a una distancia mnima de 10 m de la antena para minimizar el riesgo de multicamino.6. Calibracin del receptor. a) Este concepto se refiere a la medicin durante una hora sobre un punto con coordenadas conocidas y la determinacin del sesgo y la precisin de los valores obtenidos.b) Otro modo de calibracin consiste en la comparacin de dos receptores conectados adecuadamente a la misma antena y analizar las diferencias obtenidas a partir de esta lnea base cero.7. Iniciacin. a)En esta etapa, se incorporan al receptor los parmetros como tasa de muestreo (la ms adecuada para levantamientos estticos es de 15 segundos), nmero mnimo de satlites, comienzo y final de la sesin, ngulo mnimo de elevacin, nombre del punto, etc.8. Mediciones meteorolgicas. a) Estas observaciones se pueden realizar en levantamientos de muy alta precisin (0,1 ppm y distancias mayores que 100 km), siempre y cuando los instrumentos empleados estn debidamente calibrados; de lo contrario, los errores incorporados alterarn seriamente los resultados. b) En el caso de hacer estas mediciones se observa la temperatura seca y hmeda (humedad relativa a 0,1 C de precisin) y la presin atmosfrica al comienzo y final de la sesin (a la altura de la antena a 0,2 mmHg o 0,3 mb de precisin).

c) En la gran mayora de situaciones se emplean los modelos de refraccin troposfrica de Hopfield y Saastamoinen dentro de una atmsfera patrn.d) Observacin. Una sesin esttica no requiere necesariamente de un operador durante todo el tiempo de rastreo. No obstante, pueden ocurrir cambios que deban ser consignados en las anotaciones de campo o impliquen apagar el equipo.

9. Anotaciones de campo.a) Este aspecto debe realizarse de manera sistemtica y homognea.

Sin embargo, cabe mencionar que la informacin mnima a consignar es:

a) Proyecto y nombre de la estacin.

b) Fecha y nmero de sesin.

c) Tiempos de comienzo y final.

d) Identificador de la estacin y nombre del archivo

e) Nombre del observador.

f) Nmero de receptor y de antena.

g) Altura de la antena y excentricidades en la posicin.

h) Problemas presentados.

i) Impronta de la placa o fotografa del sitio de medicin, as como fotografas del entorno.

10. En el manejo de datos GPS es comn emplear el formato RINEX como estndar para intercambio de datos de posicionamiento. a) Transferencia de los datos.

b) El software suministrado por el fabricante debe permitir el paso de datos crudos entre la memoria del receptor y un computador. Esto debe realizarse con la mayor brevedad una vez se han realizado las sesiones del da.

c) La transferencia permite verificar la identificacin de los puntos, la altura de las antenas y los valores de distancias y ngulos en el caso de mediciones excntricas. Para esta labor resulta de gran utilidad una tabla resumen de las mediciones realizadas durante el da, en la cual se consignan las sesiones, las estaciones ocupadas y los equipos empleados para cada sesin, los tiempos de observacin y las alturas de antena.

d) Procesamiento de los datos. Al terminar las mediciones de un proyecto, es necesario evaluar el estado de los vectores obtenidos y del trabajo en general. Un aspecto importante dentro de esta evaluacin es la identificacin de los sitios y, en consecuencia, de los datos correspondientes. Es necesario que la numeracin sea coherente; para este propsito es posible comenzar por los puntos de control y en forma secuencial continuar con los adyacentes.V SUGERENCIAS DIDACTICAS

a) Es conveniente que los datos transferidos al computador se organicen en directorios por da y dentro de ellos por estaciones. Los diferentes programas permiten el acceso a los directorios y el clculo automtico en orden de observacin. Las soluciones se obtienen generalmente calculando vector por vector o calculando puntos mltiples. Es mejor que se utilice el primer tipo de clculo dado que de este modo los datos daados de alguna sesin no afectarn a los dems del mismo da.b) Los resultados obtenidos a partir de diferentes sesiones para una misma lnea base deben compararse y seleccionar los que satisfacen las condiciones del proyecto.