PRINCIPIOS DE GEODESIA

TEORIA Y APLICACIONES

DIANA MARCELA MOLINAERIK BERNAL

GEODESIA

Disciplina que trata con la medición y representación de la tierra, incluyendo su campo de gravedad terrestre, en un espacio tridimensional variante con el tiempo”.

(Geo, tierra; Daien, dividir)

Propósitos de la Geodesia Suministrar un marco de referencia

preciso para el control de levantamientos nacionales topográficos.

Establecimiento y mantenimiento de redes de control geodésico tridimensionales, nacionales y global, reconociendo el tiempo como aspecto variante en dichas redes.

Medición y representación de fenómenos geodinámicos tales como movimiento polar, mareas terrestres, y movimientos de corteza.

Geodesia espacial o satelital:Para dar posiciones GPS satélite para ubicar un punto de la tierra de un objeto

PARTES DE LA

GEODESIA

RELIEVE DE LA TIERRA

WGS 84Uno de los elipsoides de referencia más utilizados actualmente es el descrito en el sistema denominado World Geodetic System 84  (WGS-84), desarrollado por el Departamento de Defensa de los EEUU, y que tiene como origen el centro de masas de la Tierra. Su popularidad se debe a que es el utilizado por el sistema de posicionamiento global por satélite GPS.

 

es posible relacionar matemáticamente al geoide y el elipsoide mediante la expresión:

Donde h es la altura de un punto con respecto al elipsoide (altura elipsoidal), N es la altura del geoide respecto al elipsoide (ondulación del geoide) y  H es la altura del punto con respecto al geoide (llamada altura ortométrica) h y n son

perpendiculares al elipsoide de referencia, mientras que H es la altura medida a lo largo de la línea de plomada (perpendicular al geoide y cuya curvatura ha sido exagerada en la figura).

NIVELACIÓN SATELITAL

Con el surgimiento de la geodesia satelital con GPS, se efectúan lecturas que le permiten establecer las alturasde los puntos referidas a un sistema específico de referencia (geoide). También se puede, a partir de lecturassobre puntos de elevación conocida, hacer las respectivas conexiones.

GEODESIA APLICADALEVANTAMIENTO

GEODÉSICO

La toma de información de distancias y ángulos en el campo, y la aplicación de los principios de la Geometría y la Trigonometría con el propósito de determinar la forma, dimensiones y posición de grandes extensiones terrestres”.

POLIGONACION

SATELITES

TRILATERACION

TRIANGULACION

TECNOLOGIA DE POSICIOMAMIENTO

SATELITAL

Hoy en día existen constelaciones creadas el hombre, su propósito brindar información

de posicionamiento global exacta de forma instantánea

Como funciona?1. La base del posicionamiento satelital es la "triangulación”.2. Para triangular", un receptor mide la distancia utilizando el tiempo que tardan en viajar las señales de radio desde el satélite al mismo.3. Para medir el tiempo de viaje, el receptor necesita un sistema muy preciso para calcular el tiempo.4. A través de la distancia, se necesita saber exactamente donde se encuentra cada uno de los satélites en el espacio. Esto se consigue mediante unas orbitas altas y un cuidadoso seguimiento desde tierra.

1.La posición se calcula midiendo la distancia entre nosotros y los satélites, a la que llamamos "rango“

2.Matemáticamente necesitamos cuatro mediciones, rangos, para determinar la posición exacta.

3.Tres rangos son suficientes si rechazamos una de las respuestas absurdas.

4.Un cuarto rango se necesitará por cuestiones técnicas y de precisión.

1. TRIANGULACION

DistanciaLa distancia a un satélite se determina, midiendo cuanto tiempo tarda una señal en cubrir la distancia entre el satélite y el receptor.Para hacer la medida asumimos que ambos, satélite y receptor, están generando el mismo Pseudo-Random Code exactamente al mismo tiempo.Determinamos cuanto tiempo tarda en llegar la señal Pseudo-Random del satélite, comparándola con el retraso en que la genera el receptor GPS.Multiplicando el tiempo de viaje de la señal por la velocidad de la luz encontramos la distancia..  los satélites y los receptores usan algo

llamado: "Código Seudo Aleatorio", del inglés "Pseudo Random Code" o "PRC"

Tiempo¿Como mide el GPS el Tiempo?Precisión en la medición del tiempo es la clave para medir la distancia a los satélitesLos satélites miden perfectamente el tiempo por que disponen de relojes atómicos.Los relojes de los receptores no tienen que ser tan perfectos, por que con un medida extra se pueden corregir los errores

Dilucion de la precisiónLa Dilución de la Precisión (DOP) es una medida de la fortaleza de la geometría de los satélites y está relacionada con la distancia entre estos y su posición en el cielo. El DOP puede incrementar el efecto del error en la medición de distancia a los satélites

VDOP– Dilución Vertical de la Precisión. Proporciona la degradación de la exactitud en la dirección vertical.HDOP – Dilución Horizontal de la Precisión. Proporciona la degradación dela exactitud en la dirección horizontal.PDOP – Dilución de la Precisión en Posición. Proporciona la degradación dela exactitud en posición 3D.GDOP – Dilución de la Precisión Geométrica. Proporciona la degradación dela exactitud en posición 3D y en tiempo

Corrigiendo los errores: la atmósfera terrestre 

Corregiendo los errores en la Tierra

Corrigiendo los errores.

La ionosfera de la Tierra y la atmosfera causan retrasos en la señal del GPS, lo cual se traduce en errores de posición en el receptor.

Algunos de esos errores pueden subsanarse utilizando las matemáticas y la modelización. La configuración de los satélites en el espacio puede magnificar otros errores. La "SA" es un error inducido, aleatorio y codificado y con un DGPS puede subsanarse.

El Diferencial GPS puede minimizar el impacto de los errores en las mediciones

¿ Que es GNSS ?Global Navigation Satellite System

GPS es el sistema de los Estados Unidos – “Sistema NAVSTAR GPS”

GNSS es la adopción de el nuevo termino mundial, que incluye a todos los Sistemas de Navegación Satelital.

GPS (US), Glonass (Russia), Future Galileo (EU)

GLONASS es el Sistema de la Federación Rusa, conLas Siglas: GLObal Navigation And Surveying SystemGPS es el Sistema que Topcon, adoptó y diseño para usar todos los satélites GPS disponibles.

¿Que me Proporciona el Sistema de Posicionamiento Satelital?

• GPS provee de Información de posición en 3D en cualquier parte sobre la Tierra.

• El Tiempo Real Diferencial GPS+ (RTK) nos provee de mejor precisión, información de posición 3D instantánea (<1cm)!

• RTK y otros tipos de sistemas Diferenciales GPS+ se usan actualmente en diferentes rangos de aplicaciones.

• Los aumentos probados de Productividad, han hecho que RTK GPS+ sea muy Popular.

Ventajas de la Tecnología de Posicionamiento satelital

En cualquier momento y parte de la Tierra

GPS provee de:Posición Precisa, Velocidad, & DirecciónIndependencia del ClimaCobertura Satelital Completa - 24- horas

al díaNo se necesita visibilidad entre los

puntosVentajas Económicas sobre métodos de

posicionamiento convencionales

El Sistema satelital opera con tres segmentos básicos

- Segmento Espacial

- Segmento de Control

- Segmento del Usuario

SEGMENTOS DEL SISTEMA

El Sistema GPS NAVSTAR

Tecnología de Posicionamiento Satelitalsegmento espacial

Diseño del Sistema NAVSTAR

Sistema de Posicionamiento de la Armada Norteamericana. Diseñado & Mantenido por DOD Tiene 24 satélites operativos 6 planos orbitales, 55o de inclinación 20,180 Km. sobre la superficie terrestre Período Orbital de 11:58 horas Vehículo de Lanzamiento Delta-2,

NAVigation System for Timing And Ranging

Estructura de la señal GPS

Los satélites transmiten constantemente en dos ondas portadoras. Estas ondas portadoras se encuentran en la banda L(utilizada para transmisiones de radio) y viajan a la Tierra a la velocidad de la luz. Dichas ondas portadoras se derivan dela frecuencia fundamental, generada por un reloj atómico muy preciso

La portadora L1 es transmitida a1575.42 MHz (10.23 x 154)La portadora L2 es transmitida a1227.60 MHz (10.23 x 120).La portadora L1 es modulada por dos códigos. El Código C/A o Código de Adquisición Gruesa modula a 1.023MHz(10.23/10) y el código P o Código de Precisión modula a 10.23MHz. L2 es modulada por un código solamente. El código P en L2 modula a 10.23 MHz. Los receptores GPS utilizan los diferentes códigos para distinguir los satélites

El Sistema Satelital GLONASS

Tecnología de Posicionamiento Satelitalsegmento espacial

Diseño del Sistema GLONASS

Sistema de Posicionamiento Militar Ruso Diseñado & Mantenido por la Federación Espacial Rusa Tiene 17 satélites hasta la fecha 3 planos orbitales, 64.8o inclinación 25,540 Km. sobre la superficie terrestre

GLObal Navigation And Surveying System

Comparación del Sistema GPS/Glonass

GPS

Satélites

Frecuencias

Mensaje de Código

Mensaje de info.

Satélites por Lanzamiento

24

2L1 - 1575.42 MHzL2 - 1227.60 MHz

2

3

1Delta 2 Rocket

17

2L1 - 1602MHz+n 9/16MhzL2 - 1246MHz+n 7/16Mhz

2

3

3Proton K Rocket

Glonass

Modernización del Sistema de Posicionamiento

Nuevo Sistema GalileoFutura Actualización de Señal GPSPlan de Actualización de Glonass

Plan de Modernización GPSEn 1998, el gobierno de los Estados Unidos anuncia formalmente la Modernización para la extensión de las capacidades del Sistema GPS.

• L2C – Nuevo Código Civil en L2

• Similar a Código CA en L1

• L5 – Nueva 3rd Frecuencia

Las dos requieren eventualmente remplazar por completo TODA la constelación de satélites GPS.

• Primer lanzamiento M-Class se retrazo hasta finales del 2004

• Actualmente no se dispone de señal L2C

•El Envío del nuevo Código NO tiene impacto en la precisión GPS

• 12 satélite M-Class para el 2009

• Impleemntación Total para el 2012

El Nuevo Código de Mensaje L2CLo Que significa para la Precisión de los Usuarios GPS

• Frecuencia GPS totalmente nueva• Alto nivel de poder para frecuencias L1 y L2• L5 tendrá un impacto significante en la precisión de las aplicaciones GPS

• Inicialización Rápida• Alta Precisión

• Ningún receptor GPS actual tiene la capacidad de rastrear L5• Requiere de nuevos satélites IIF• Primer lanzamiento para finales del 2006• 16 Satélites para el 2012

La Nueva Frecuencia Carrier L5 Lo Que significa para la Precisión de los Usuarios GPS

Impacto en el Desempeñode L2C & L5

• L2C & L5 No aumentan nuevos Satélites

• La Nueva señal será afectada por los sitios de Obstrucción

El sistema todavía se cae con el mínimo nivel de Satélites y se pierde la Alta Precisión

Circa 2012

Hoy en Día

Sistema de Múltiples Constelaciones

GPS Solo

La combinación de sistemas ofrece ventajas en el desempeño sobre el uso de un solo sistema GPS!

Circa 2005

GALILEO

Circa 2012

GLONASS

SEGMENTO DE CONTROL

Este segmento tiene la tarea de llevar a cabo el rastreo, cálculo, transmisión de datos y supervisión necesaria para el control diario de todos los satélites del sistema.

FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS ESTACIONES DE CONTROLMonitoreo: cumplen las labores de monitoreo

rastreando todas las señales de GPS para ser empleadas en el control de los satélites y predecir sus órbitas, También son recolectados datos metereológicos para permitir una evaluación más precisa de los retardos troposféricos.

Transmitir información hacia los satélites: enviar información, incluyendo nuevas efemérides, correcciones de reloj y, otros mensajes de transmisión de datos, y comandos de telemetría

FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS ESTACIONES DE CONTROL

Recibir los datos desde las estaciones de monitoreo y procesarlas. incluyendo (cálculo de las efemérides de los satélites y correcciones de reloj a los mismos)

controlar las correcciones orbitales cuando cualquier satélite se desvía de su posición asignada.

Realizar las maniobras necesarias para que un satélite ya inactivo sea reemplazado por uno de los de repuesto.

SEGMENTO DEL USUARIOEstá constituido por todos los equipos, permanentes u ocasionales, utilizados para la recepción de las señales emitidas por los satélites y empleados para el posicionamiento o para la precisa determinación de tiempo.

De acuerdo a los niveles de precisión dividimos los receptores G.P.S en cuatro grandes grupos.NavegadoresCartograficosGeodésicos y TopográficosTiempo Real

RECEPTORES G.P.S DE NAVEGACIONEntre sus principales características tenemos:Trabajan de modo autónomoPrecisión de 15 a 50 mts (error natural G.P.S)Ayudas completas para navegaciónPortabilidadFacilidades en suministro de energía.EconómicosFacilidad de operación.

RECEPTORES G.P.S DE CARTOGRAFIA

Entre sus principales características tenemos:

Precisión 1 a 5 mtsRequieren de Equipo BaseEfectúan métodos de corrección (Diferencial)Grandes coberturasPoseen software de post-procesoGeneración de AtributosRapidez en la toma de medicionesGrandes capacidades de MemoriaPortátiles

RECEPTORES G.P.S PARA GEODESIA Y TOPOGRAFIAEntre sus principales características tenemos:Altos niveles de Precisión (5mm + 1ppm)Requieren equipo BaseTomas de mediciones prolongadasCoberturas mas pequeñasCapacidad de atributosSoftware de post-proceso y de ajuste en redGrandes capacidades de memoriaCierres topográficos de primer orden

RECEPTORES G.P.S EN TIEMPO REAL

Entre sus principales características tenemos:

Precisiones Submétricas y CentimétricasRequieren de Receptor BaseSolución InstantáneaReemplaza la topografía convencional en un 80%Colección de datos con atributosCálculos en terreno de: áreas, distancias,

transformaciones de coordenadas, entre otras.Reduce el trabajo de oficina en un 80%Requieren de una infraestructura menor que los

métodos anteriores de Topografía.