Introducción
El sistema de posicionamiento global (GPS) es una red de
satélites que orbitan la Tierra en puntos fijos por encima
del planeta y transmiten señales a cualquier receptor GPS
en la Tierra. Estas señales llevan un código de
tiempo y un punto de datos geográficos que permite al
usuario identificar su posición exacta, la velocidad y el
tiempo en cualquier parte del planeta.
El GPS fue diseñado originalmente para
aplicaciones militares y de los servicios de inteligencia en
plena Guerra Fría durante la década de los 60,
aunque se inspiró en el lanzamiento de la nave espacial
soviética Sputnik en 1957.
Transit fue el primer sistema de satélites
lanzado por Estados Unidos y probado por la marina estadounidense
en 1960. Sólo cinco satélites orbitando la Tierra
permitían a los buques determinar su posición en el
mar una vez cada hora. El sucesor de Transit fue el
satélite Timation en 1967, que demostró que los
relojes atómicos de alta precisión podían
funcionar en el espacio. A partir de ese momento, el GPS se
desarrolló rápidamente para fines militares con un
total de 11 satélites "Block I" lanzados entre 1978 y
1985.
Sin embargo, fue el derribo de un avión de
pasajeros coreano (vuelo 007) por parte de la URSS en 1983 lo que
llevó al Gobierno de Ronald Reagan en EE.UU. a establecer
el GPS para aplicaciones civiles de modo que los aviones, las
embarcaciones y medios de transporte de todo el mundo pudieran
determinar su posición y evitar desviarse
involuntariamente y entrar en límites territoriales
extranjeros.
El desastre del transbordador de la NASA SS
Challenger en 1986 redujo la actualización del sistema GPS
hasta que en 1989 se lanzaron los primeros satélites Block
II. En el verano de 1993, EE.UU. lanzó su 24º
satélite Navstar a la órbita, que completó
la moderna constelación de satélites GPS: una red
de 24 satélites conocidos actualmente como sistema de
posicionamiento global o GPS. Veintiún satélites de
la constelación estaban activos en todo momento y los
otros 3 eran de repuesto. La red de GPS actual cuenta con
30 satélites activos en la constelación GPS. Hoy,
el GPS se utiliza para decenas de aplicaciones de
navegación, la búsqueda de rutas para los
conductores, la creación de mapas, la investigación
de los terremotos, los estudios climatológicos o el juego
de búsqueda del tesoro al aire libre conocido como
geocaching.
Marco
teórico
SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
(GPS)
EL SISTEMA GPS
Arquitectura del sistema
GPS
El sistema se descompone en tres segmentos
básicos, los dos primeros de responsabilidad militar:
segmento espacio, formado por 24 satélites GPS con una
órbita de 26560 Km. de radio y unperiodo de 12 h.;
segmento control, que consta de cinco estaciones monitoras
encargadas de mantener en órbita los satélites y
supervisar su correcto funcionamiento, tres antenas terrestres
que envían a los satélites las señales que
deben transmitir y una estación experta de
supervisión de todas las operaciones; y segmento usuario,
formado por las antenas y los receptores pasivos situados en
tierra. Los receptores, a partir de los mensajes que provienen de
cada satélite visible, calculan distancias y proporcionan
una estimación de posición y tiempo.
Cadenas de Código GPS
El código pseudo-aleatorio transmitido se compone
de tres tipos de cadenas:
• El código C/A
(Coarse/Acquisition), con frecuencia 1.023 MHz.,
utilizado por los usuarios civiles.
• El código P (Precisión
Code), de uso militar, con una frecuencia 10 veces superior
al código C/A.
• El código Y, que se envía
encriptado en lugar del código P cuando está activo
el modo de operación antiengaños2.
Los satélites transmiten la información en
dos frecuencias:
• Frecuencia portadora L1, a 1575.42 MHz.,
transmite los códigos C/A y P.
• Frecuencia portadora L2, a 1227.60 MHz.,
transmite información militar modulada en código
P.
El satélite transmite además una
señal de 50 Hz. en ambas portadoras L1 y L2, que incluye
las efemérides y las correcciones por desviación de
sus relojes.
Niveles de Servicio GPS
El sistema GPS proporciona dos niveles diferentes de
servicio que separan el uso civil del militar:
• Servicio de Posicionamiento Estándar (SPS,
Standard Positioning Service). Precisión normal
de posicionamiento civil obtenida con la utilización del
código C/A de frecuencia simple.
• Servicio de Posicionamiento Preciso (PPS,
Precise Positioning Service).
Este posicionamiento dinámico es el de mayor
precisión, basado en el código P de frecuencia
dual, y solo está accesible para los usuarios
autorizados.
FUENTES DE ERROR EN LOS GPS
A continuación se describen las fuentes de error
que en la actualidad afectan de forma significativa a las medidas
realizadas con el GPS:
• Perturbación ionosférica. La
ionosfera está formada por una capa de partículas
cargadas eléctricamente que modifican la velocidad de las
señales de radio que la atraviesan.
• Fenómenos meteorológicos. En
la troposfera, cuna de los fenómenos
meteorológicos, el vapor de agua afecta a las
señales electromagnéticas disminuyendo su
velocidad. Los errores generados son similares en magnitud a los
causados por la ionosfera, pero su corrección es
prácticamente imposible.
• Imprecisión en los relojes. Los
relojes atómicos de los satélites presentan ligeras
desviaciones a pesar de su cuidadoso ajuste y control; lo mismo
sucede con los relojes de los receptores.
• Interferencias eléctricas
imprevistas. Las interferencias eléctricas pueden
ocasionar correlaciones erróneas de los códigos
pseudo-aleatorios o un redondeo inadecuado en el cálculo
de una órbita. Si el error es grande resulta fácil
detectarlo, pero no sucede lo mismo cuando las desviaciones son
pequeñas y causan errores de hasta un metro.
• Error multisenda. Las señales
transmitidas desde los satélites pueden sufrir reflexiones
antes de alcanzar el receptor. Los receptores modernos emplean
técnicas avanzadas de proceso de señal y antenas de
diseño especial para minimizar este error, que resulta muy
difícil de modelar al ser dependiente del entorno donde se
ubique la antena GPS.
• Interferencia "Disponibilidad Selectiva
S/A". Constituye la mayor fuente de error y es introducida
deliberadamente por el estamento militar.
• Topología receptor-satélite.
Los receptores deben considerar la geometría
receptor-satélites visibles utilizada en el cálculo
de distancias, ya que una determinada configuración
espacial puede aumentar o disminuir la precisión de las
medidas. Los receptores más avanzados utilizan un factor
multiplicativo que modifica el error de medición de la
distancia (dilución de la precisión
geométrica). Las fuentes de error pueden agruparse
según que dependan o no de la geometría de los
satélites. El error debido a la Disponibilidad Selectiva y
los derivados de la imprecisión de los relojes son
independientes de la geometría de los satélites,
mientras que los retrasos ionosféricos,
troposféricos y los errores multisenda dependen
fuertemente de la topología. Los errores procedentes de
las distintas fuentes se acumulan en un valor de incertidumbre
que va asociado a cada medida de posición GPS.
Cuantificación de la incertidumbre en
localización GPS
Debido a las múltiples fuentes de error
anteriormente comentadas, los receptores GPS posicionan con un
cierto grado de incertidumbre. Ofrecen una estimación de
la posición, valor medio, a lo largo de un intervalo de
tiempo con una determinada dispersión. De forma
estándar se puede caracterizar esta dispersión
mediante el error cuadrático medio (ECM) definido como la
raíz cuadrada de la media de los errores al cuadrado,
pudiendo referirse a una, dos o tres dimensiones.
En receptores GPS/GLONASS y DGPS los errores de
posicionamiento, en un intervalo de horas se ajustan a una
distribución normal, no ocurriendo así con el GPS
en modo absoluto debido al error S/A. En los dos primeros casos,
el error en las medidas sigue una distribución de
probabilidad normal en cada eje, por lo que se pueden deducir las
probabilidades asociadas a los mismos. Para análisis
unidimensional, el valor de una medida se encuentra en el
intervalo [valor medio +/- 2s=] en el 95% de los casos. En el
caso bidimensional (ejes norte y este), el porcentaje de
dispersión que está dentro de un círculo de
radio ECM depende de la distribución, siendo del 98% en el
caso circular.
Para las medidas GPS y GPS/GLONASS la
distribución es elíptica, por lo que se aproxima a
una distribución unidimensional, con probabilidad asociada
del 95%. Siendo s la desviación típica de la
distribución Los fabricantes de GPS definen la
precisión de las medidas de posición obtenidas con
sus receptores mediante el Error Circular Probable (CEP), que se
define como el radio del círculo en el que se encuentra la
estimación más probable de la posición en un
porcentaje del 95% o CEP 95%, en asociación con el ECM y
del 50% o CEP 50%.
Corrección de errores mediante
técnicas diferenciales (DGPS)
En aplicaciones que no requieren gran precisión
se puede utilizar un receptor con un único canal y bajo
coste, que calcula la distancia a cuatro satélites en un
intervalo de 2 a 30 segundos. Ahora bien, la precisión de
las medidas se ve afectada por el movimiento del satélite
durante el cómputo y por el tiempo que se tarda en
obtenerlas posiciones, debido a lecturas repetitivas de todos los
mensajes de la constelación. El requerimiento de una
localización precisa y continua en tiempo real, ha
conducido al desarrollo de receptores con un mayor número
de canales capaces de disminuir al máximo el error de
localización utilizando los métodos de
posicionamiento diferencial. Así, un receptor GPS ubicado
en una posición conocida de la Tierra calcula su distancia
a un conjunto de satélites; la diferencia entre la
posición calculada y la localización exacta del
receptor constituye el error en la medida. Este error se
transmite en un código predefinido (RTCM Radio
Technical Commision Maritime) y cualquier usuario-receptor
con capacidad de corrección diferencial puede acceder a
él para corregir su posición. Esta técnica
elimina prácticamente los errores S/A siempre que el
receptor diferencial esté próximo a la base emisora
de la corrección.
Las correcciones pueden enviarse desde una
estación base propiedad de los usuarios, desde una
estación base virtual (por ejemplo el servicio Omnistar) y
vía estaciones de radio comerciales (Rasant). En todos
estos casos el modo de operación del DGPS se denomina de
área global (WADGPS) ya que el error debido a cada
satélite se procesa de modo individual.
APLICACIONES DE LOS GPS
Son múltiples los campos de aplicación de
los sistemas de posicionamiento tanto como sistemas de ayuda a la
navegación, como en modelización espacio
atmosférico y terrestre o aplicaciones con requerimientos
de alta precisión en la medida del tiempo. A
continuación se detallan algunos de los campos civiles
donde se utilizan en la actualidad sistemas GPS:
• Estudio de fenómenos
atmosféricos. Cuando la señal GPS atraviesa la
troposfera el vapor de agua, principal causante de los distintos
fenómenos meteorológicos, modifica su velocidad de
propagación. El posterior análisis de la
señal GPS es de gran utilidad en la elaboración de
modelos de predicción meteorológica.
• Localización y navegación en
regiones inhóspitas. El sistema GPS se utiliza como
ayuda en expediciones de investigación en regiones de
difícil acceso y en escenarios caracterizados por la
ausencia de marcas u obstáculos. Un ejemplo son los
sistemas guiados por GPS para profundizar en el conocimiento de
las regiones polares o desérticas.
• Modelos geológicos y
topográficos. Los geólogos comenzaron a aplicar
el sistema GPS en los 80 para estudiar el movimiento lento y
constante de las placas tectónicas, para la
predicción de terremotos en regiones geológicamente
activas. En topografía, el sistema GPS constituye una
herramienta básica y fundamental para realizar el
levantamiento de terrenos y los inventarios forestales y
agrarios.
• Ingeniería civil. En este campo se
utiliza la alta precisión del sistema GPS para monitorizar
en tiempo real las deformaciones de grandes estructuras
metálicas o de cemento sometidas a cargas.
• Sistemas de alarma automática.
Existen sistemas de alarma conectados a sensores dotados de un
receptor GPS para supervisión del transporte de
mercancías tanto contaminantes de alto riesgo como
perecederas (productos alimentarios frescos y congelados). En
este caso la generación de una alarma permite una
rápida asistencia al vehículo.
• Sincronización de señales.
La industria eléctrica utiliza el GPS para sincronizar los
relojes de sus estaciones monitoras a fin de localizar posibles
fallos en el servicio eléctrico. La localización
del origen del fallo se realiza por triangulación,
conociendo el tiempo de ocurrencia desde tres estaciones con
relojes sincronizados.
• Guiado de disminuidos físicos. Se
están desarrollando sistemas GPS para ayuda en la
navegación de invidentes por la ciudad. En esta misma
línea, la industria turística estudia la
incorporación del sistema de localización en guiado
de visitas turísticas a fin de optimizar los recorridos
entre los distintos lugares de una ruta.
• Navegación y control de flotas de
vehículos. El sistema GPS se emplea en
planificación de trayectorias y control de flotas de
vehículos. La policía, los servicios de socorro
(bomberos, ambulancias), las centrales de taxis, los servicios de
mensajería, empresas de reparto, etc. organizan sus tareas
optimizando los recorridos de las flotas desde una
estación central. Algunas compañías
ferroviarias utilizan ya el sistema GPS para localizar sus
trenes, máquinas locomotoras o vagones, supervisando el
cumplimiento de las señalizaciones.
• Sistemas de aviación civil. En 1983
el derribo del vuelo 007 de la compañía
aérea coreana al invadir cielo soviético, por
problemas de navegación, acentúo la necesidad de
contar con la ayuda de un sistema preciso de localización
en la navegación aérea. Hoy en día el
sistema GPS se emplea en la aviación civil tanto en vuelos
domésticos, transoceánicos, como en la
operación de aterrizaje. La importancia del empleo de los
GPS en este campo ha impulsado, como se verá en la
siguiente sección, el desarrollo en Europa, Estados Unidos
y Japón de sistemas orientados a mejorar la
precisión de los GPS.
• Navegación desasistida de
vehículos. Se están incorporando sistemas DGPS
como ayuda en barcos para maniobrar de forma precisa en zonas de
intenso tráfico, en vehículos autónomos
terrestres que realizan su actividad en entornos abiertos en
tareas repetitivas, de vigilancia en medios hostiles (fuego,
granadas, contaminación de cualquier tipo) y en todos
aquellos móviles que realizan transporte de carga, tanto
en agricultura como en minería o construcción. La
alta precisión de las medidas ha permitido importantes
avances en el espacio en órbitas bajas y así tareas
de alto riesgo de inspección, mantenimiento y ensamblaje
de satélites artificiales pueden ahora realizarse mediante
robots autónomos.
DESARROLLO DEL TEMA
Levanta miento
con GPS
Las actividades relacionadas al levantamiento
topográfico han sido modificadas tremendamente durante las
pasadas décadas por la incorporación de
instrumentos de última tecnología entre los que se
puede mencionar el GPS.
Es necesario resaltar que la característica de
mayor importancia en esta modificación se evidencia en el
proceso de captura, almacenamiento, cálculo y
transmisión de los datos de campo, así como en la
representación gráfica de los mismos; esto ha
traído como consecuencia la posibilidad de obtener un
producto final con mayor precisión y rapidez. El uso que
el profesional de la Ingeniería hace de la
topografía tiene básicamente que ver con la
definición de linderos y con el desarrollo de proyectos de
infraestructura tales como urbanismos, carreteras, puentes, obras
hidráulicas, acueductos, alcantarillado, riego y drenaje,
etc., por lo tanto se hace necesario incorporar a los cursos de
Topografía la enseñanza de los fundamentos y
prácticas necesarias para que los estudiantes adquieran
estos conocimientos y desarrollen las habilidades y destrezas que
les permitan el manejo instrumental de equipos como el GPS que es
uno de los de instrumentos más utilizados en la
práctica topográfica moderna.
PRINCIPIOS BÁSICOS DE
FUNCIONAMIENTO
El sistema GPS funciona mediante unas señales de
satélite codificadas que pueden ser procesadas en un
receptor GPS permitiéndole calcular su posición,
velocidad y tiempo.
Se utilizan cuatro señales para el cálculo
de posiciones en tres dimensiones y ajuste de reloj del
receptor.
Aunque los receptores GPS utilizan tecnología
punta, los principios básicos de funcionamiento son
sencillos y los podríamos resumir en los cuatro apartados
siguientes.
Triangulación: la base del
sistema
El principio básico fundamental en el
funcionamiento del sistema GPS, consiste en utilizar los
satélites de la constelación NAVSTAR situados en
distintas órbitas en el espacio, como puntos de referencia
precisa para determinar nuestra posición en la superficie
de la Tierra.
Esto se consigue obteniendo una medición muy
precisa de nuestra distancia hacia al menos tres satélites
de la constelación, pudiéndose así realizar
una "triangulación" que determine nuestra posición
en el espacio.
De todas formas, si quisiéramos ser absolutamente
técnicos, la trigonometría nos dice que necesitamos
las distancias a cuatro satélites para situarnos sin
ambigüedad. Pero en la práctica tenemos suficiente
con solo tres, si rechazamos las soluciones absurdas.
Medición de las distancias
El sistema GPS funciona midiendo el tiempo que tarda una
señal de radio en llegar hasta el receptor desde un
satélite y calculando luego la distancia a partir de ese
tiempo.
Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz:
300.000 km/sg en el vacío. Así, si
podemos
averiguar exactamente cuando recibimos esa señal
de radio, podremos calcular cuanto tiempo ha empleado la
señal en llegar hasta nosotros. Por lo tanto, solo nos
falta multiplicar ese tiempo en segundos por la velocidad de la
luz (300.000 km/sg) y el resultado será la distancia al
satélite.
La clave de la medición del tiempo de
transmisión de la señal de radio, consiste en
averiguar exactamente cuando partió la señal del
satélite. Para lograrlo se sincronizan los relojes de los
satélites y de los receptores de manera que generen la
misma señal exactamente a la misma hora. Por tanto, todo
lo que hay que hacer es recibir la señal desde un
satélite determinado y compararla con la señal
generada en el receptor para calcular el desfase. La diferencia
de fase será igual al tiempo que ha empleado la
señal en llegar hasta el receptor.
La señal generada tanto en los satélites
como en los receptores consiste en conjuntos de códigos
digitales complejos. Estos códigos se han hecho
complicados a propósito, de forma que se les pueda
comparar fácilmente sin ambigüedad. De todas formas,
los códigos son tan complicados que su aspecto es el de
una larga serie de impulsos aleatorios.
Estos impulsos no son realmente aleatorios, sino que se
trata de secuencias "pseudoaleatorias" cuidadosamente elegidas
que en verdad se repiten cada milisegundo. Por lo que se conocen
con el nombre de código "pseudoaleatorio" (PRN,
Pseudo Random Noise).
Obtención de un perfecto
sincronismo
Puesto que sabemos que las señales de radio
transmitidas por los satélites GPS viajan a la velocidad
de nuestro receptor de tan solo 1/100 de segundo,
provocaría una desviación en la medición de
la distancia de 3.000 Km.La trigonometría nos dice que si
tres mediciones perfectas sitúan un punto en el espacio
tridimensional, entonces cuatro mediciones imperfectas pueden
eliminar cualquier desviación de tiempo (siempre que la
desviación sea consistente).En el caso general de
posicionamiento en tres dimensiones, necesitamos hacer como
mínimo cuatro mediciones de distancia, para eliminar
cualquier error producido por falta de sincronismo entre relojes.
Por lo tanto, será imposible conseguir un posicionamiento
verdaderamente preciso, si no se dispone de por lo menos cuatro
satélites sobre el horizonte circundante.
Conocimiento de la posición de los
satélites
Los satélites GPS no transmiten únicamente
un "mensaje de tiempo", sino que también transmiten un
"mensaje de datos" que contiene información sobre su
órbita exacta y la salud del sistema. Un buen receptor
GPS, utiliza esta información junto con la
información de su almanaque interno, para definir con
precisión la posición exacta de cada uno de los
satélites
DILUCIÓN DE LA PRECISIÓN Y
VISIBILIDAD
La geometría de los satélites visibles es
un factor importante a la hora de conseguir una buena
precisión en el posicionamiento de un punto. Dicha
geometría cambia con el tiempo como consecuencia del
movimiento orbital de los satélites en el espacio (puesto
que no son geoestacionarios). El factor que mide la bondad de
esta geometría es el denominado factor de dilución
de la precisión (DOP, Dilution Of
Precision).
Para evitar la oclusión de las señales, la
DOP se calcula utilizando los satélites que realmente son
visibles.Los efectos combinados de la dilución de la
precisión en posición y tiempo se denominan
GDOP (Geometric Dilution Of Precision),
dilución de la precisión
geométrica.
GPS DIFERENCIAL (DGPS)
El GPS Diferencial consigue eliminar la mayoría
de los errores naturales y causados por el usuario que se
infiltran en las mediciones normales con el GPS. Estos errores
son pequeños, pero para conseguir el nivel de
precisión requerido por algunos trabajos de
posicionamiento es necesario minimizar todos los errores por
pequeños que sean. Para realizar esta tarea es necesario
tener dos receptores operando simultáneamente. El receptor
de "referencia" permanece en su estación y supervisa
continuamente los errores, y después transmite o registra
las correcciones de esos errores con el fin de que el segundo
receptor (receptor itinerante que realiza el trabajo de
posicionamiento) pueda aplicar dichas correcciones a las
mediciones que esta realizando, bien sea conforme las realiza en
tiempo real, o posteriormente.
OBSERBACIONES DE CAMPO
El sistema GPS presenta un conjunto de técnicas
de localización con diversos niveles de precisión.
Los procesos presentados a continuación se refieren
exclusivamente a la utilización de las medidas de fases en
las ondas portadoras emitidas por los satélites del
sistema. El tratamiento de estas observaciones se efectúa
obligatoriamente en método diferencial, de manera que se
eliminen los "ruidos" sistemáticos relacionados con los
satélites y receptores.
Procesos comunes para los levantamientos con
GPS.Calibración
El procedimiento habitual es el del intercambio de
antenas en una línea base de algunos metros,
preferentemente conocida. Las mediciones efectuadas con una
redundancia suficiente permiten definir un "offset" por antena y
por frecuencia (L1/L2), asociado a una desviación
típica, que se introduce en los cálculos de las
líneas base. El CNR tiene una línea base instalada
en San Salvador que otorgara los certificados de
calibración.
La instalación
La experiencia demuestra que la
instalación incorrecta es a menudo el principal motivo de
error en los métodos de posicionamiento con
GPS.
Centrado: Las antenas se centran con un
sistema de plomo óptico controlado con
regularidad.
Orientación: Las antenas
están siempre orientadas hacia el norte geográfico,
obtenido con una brújula.
Altura de antena: Se efectúan
tres mediciones de la distancia oblicua marca/borde de plano de
absorción. Dicha etapa permite controlar la horizontalidad
del plano de la antena, así como, en menor medida, la
calidad del centrado. Se ejecutan en dos unidades,
centímetros (con una precisión milimétrica)
y pulgada, para evitar el riesgo de un error grave
(típicamente el decímetro).
Cada uno de estos tres elementos mencionados se controla
al inicio y al final de los periodos de
medición.
Recomendaciones
En cuanto a las estaciones GPS, deben
reunir las siguientes condiciones:
La elevación de la máscara se refiere
a la menor elevación, en grados, a la que un receptor
puede seguir a un satélite. Se fija normalmente un
cielo despejado sobre los 10° desde el horizonte para
evitar los efectos atmosféricos y la interferencia
causada por objetos cercanos y los efectos de multe
trayectoria de la onda, aunque la elevación de la
máscara estándar es de 15°.El uso del GPS no es recomendable en las zonas
urbanas, debido a las interferencias como:Las instalaciones eléctricas 8cables de alta
tención y transformadores).Las superficies reflectoras de la señal a
menos de 50 metros de la estación (como espejos de
agua, estructuras metálicas, techos planos
metálicos, edificios); ya que estos provocan el efecto
multi trayectoria de la onda.Las antenas de telecomunicaciones (radio,
televisión, teléfono,…)Se debe asegurar de la configuración correcta
de los satélites al momento de las observaciones. Esta
información es dada por GDOP (Geometric Dilution Of
Precisión) que corresponde a la perdida de
precisión durante las observaciones. Este GDOP debe
ser siempre inferior a 6.
Lo más recomendable en el
área urbana es la combinación de equipo GPS con
Estación total, en cuanto a amarres y establecimientos de
puntos de control.
MÉTODOS DE LEVANTAMIENTO CON
GPS
Los topógrafos deberán
utilizar por lo menos 2 receptores GPS (modo diferencial), para
una sesión de observación cuyo uno debe estar fijo
en todos los métodos. El CNR podrá proponer a los
usuarios estaciones fijas con observaciones continuas.
Método
estálico
Los receptores se quedan fijos sobre las respectivas
estaciones. Es el método de posicionamiento clásico
de observación de medidas de líneas base superior a
15 km con el máximo de precisión. La
medición estática, ha sido durante años el
soporte principal de GPS. Es la más sencilla pero la
más lenta; por lo general se requiere de 1 a 2 horas de
medición o más según la longitud de las
líneas bases.
A mayor distancia corresponde más tiempo de
observación, la relación es directamente
proporcional.
Nota: Esta técnica de medición no
es recomendable para levantamientos topográficos, ya que
sus usos es para Geodesia pura como por ejemplo la
determinación de redes geodesia de alta precisión,
el establecimiento de puntos de control, los estudios de
deformación de volcanes, etc.
Método estálico
rápido
Este método se utiliza cuando no se puede llevar
a cabo el método estático rápido. Se puede
utilizar solamente 4 satélites para cada una de las
posiciones búsquedas. Con este tenemos un poca más
flexibilidad que con el estático rápido pero se
tiene que observar cada punto una segunda vez con un intervalo de
por lo menos una hora.
PRESICION
Planimetría
Se espera alcanzar precisiones del orden del
centímetro, según la longitud de la línea
base. Por seguridad, se aceptaran solamente resultados obtenidos
con uno de los tres métodos precedentes, según los
parámetros siguientes:
Altimetría
La precisión altimétrica generada por los
GPS está todavía en estudio. Se pretende llevar a
cabo el proyecto sobre la elaboración de una carta de
ondulaciones Geoide – Elipsoide para hacer la
transformación de alturas elipsoidales a
ortométricas.
No se debe confundir la altura generada elipsoidal
generada en las mediciones gps, con las alturas
ortométricas que corresponden a las alturas de nivel medio
del mar.
De momento, para todos los trabajos de
investigación se debe utilizar métodos
tradicionales de trigonometría (con estación total)
o diferencial (con nivel), a partir de bancos de marca
disponibles en el IGN.
PROCESAMIENTO Y
COMPENSACIÓNProcesamiento.
Cualquiera sea el tipo de receptor y el método de
análisis de datos es importante recordar q las coordenadas
calculadas corresponden al centro eléctrico de la antena
del receptor, razón por la cual es fundamental medir con
precisión la distancia entre esta antena y la marca q
materializa el punto trigonométrico.
Al grado de tratamiento que debe darse a las
observaciones GPS depende de la precisión buscada y del
tipo de receptor empleado. Todos los receptores realizan
algún tratamiento directo de las mediciones y pueden
brindar coordenadas.
En general los datos de una marca de receptores no
pueden ser leídos por los programas de cálculo de
otra. Esto ha llevado al establecimiento de normas comunes para
todas las marcas y tipos de observaciones conocidas como Formato
de intercambio de datos independiente de los receptores RINEX. Al
adquirirse un equipo es importante, entonces saber si su software
contiene un programa que transforme los datos correspondientes al
formato de la firma en formato RINEX. Esto permitirá que
los datos que observa este receptor puedan ser compatibilizados
con otros equipos o transferidos a otros usuarios o ser
calculados con programas científicos que se basan en el
formato RINEX.
Por lo contrario si lo que se desea es hacer uso de los
datos de otra marca de receptores se deberá contar con un
programa que permita transformar los datos en formato RINEX el
formato del programa que se dispone.
Compensación
La compensación de las observaciones GPS se ha
planteado en diferentes programas con parametrizaciones
más o menos complejas. Estas van desde el simple promedio
de coordenadas o componentes vectoriales hasta
determinación de parámetros ligados a la ionosfera
y/o la troposfera y algunas constantes instrumentales.
Desde el punto de vista práctico, los receptores
más simples poseen programas que permiten solo un promedio
de las coordenadas instantáneas. Una etapa más rica
en información es aquella en q las componentes vectoriales
son calculadas a partir del conjunto de las observaciones de una
línea en la que ya incluye además la matriz la
matriz de varianza covariancia de las componentes del
vector.
Los programas más complejos tratan
simultáneamente todos los vectores de una sesión y
calculan la matriz de varianza covariancia entre todas las
componentes vectoriales y en general entre estas y las
ambigüedades determinadas.
El uso del programa de compensación adecuado
permite obtener el óptimo resultado de las observaciones
efectuadas.
VENTAJAS E INCONVENIENTES QUE PROPORCIONA UN
TRABAJO CON GPS
Las ventajas de los trabajos con GPS aumentan día
a día conforme mejoran los instrumentos. Sin embargo
podemos citar unas cuantas ventajas frente a los trabajos
realizados mediante instrumentos y métodos
clásicos.
Las condiciones meteorológicas adversas no
son obstáculo para trabajar con GPS, ya sea niebla,
lluvia, calima, polvo o nieve.No es necesario que el operador tenga que ver el
blanco o la estación, según dónde se
encuentre: la intervisibilidad entre estación y punto
medido no es necesaria.Una sola persona puede realizar el trabajo. No es
necesario que haya una persona en la estación y otra
en el punto medido.La precisión de los trabajos es más
homogénea, ya que el error el único en cada
punto: no se van acumulando en un itinerario o
radiación.
Se puede trabajar con un equipo en un radio
aproximado de unos 10 Km., frente a los 2.5 Km. que
proporcionan las estaciones totales convencionales de alta
gama.Se puede trabajar sorteando obstáculos sin
necesidad de establecer nuevas estaciones o puntos
destacados.
Por otro lado los inconvenientes
más relevantes:
No es necesario realizar
punterías.No es necesario comunicarse con el operario situado
en el punto o la estación, ya que éste no
existe.No hay que realizar cambios de estación
continuamente.No es necesario realizar comprobaciones continuas
cada vez que estacionamos.Disminuye el número de errores o
equivocaciones producidas por la intervención
humana.No puede ser utilizado en obras subterráneas
y a cielo cerrado.Tiene dificultades de uso en zonas urbanas,
cerradas, con edificios altos y zonas arboladas y boscosas,
debido a las continuas pérdidas de la señal de
los satélites. Este problema, no obstante, se
está solucionando, y de forma satisfactoria, con el
uso combinado de las constelaciones GPS y GLONASS para
mantener siempre cinco o más satélites sobre el
horizonte.El desconocimiento del sistema. El sistema de
posicionamiento por satélite es una gran herramienta,
y de fácil uso, pero ello no lleva consigo eximirse de
su conocimiento y del tratamiento de sus observables
correctamente, ya que de lo contrario, se pueden obtener
resultados poco satisfactorios en precisión y
rendimiento.
Conclusiones
Como conclusión final de todo lo expuesto con
anterioridad, podemos afirmar de manera evidente las ventajas del
sistema GPS frente a los métodos tradicionales, entre
otras: rapidez, fiabilidad, reducción de costes,
precisión, etc.
En la actualidad es difícil imaginar la
topografía sin el GPS, y debemos acabar con el rechazo que
se produce ante toda nueva tecnología o equipo, puesto que
el sistema GPS es toda una realidad.
En los foros topográficos se compara la
aparición del sistema GPS con los cambios producidos ante
la aparición de las estaciones totales en la década
de los setenta, pero no es comparable, pues aunque las estaciones
totales agilizaron y facilitaron el trabajo, los métodos,
procedimientos, cálculos, etc. siguieron siendo los mismos
que en siglos pasados. Con el sistema GPS no ha ocurrido esto,
todo es distinto, los procedimientos, cálculos,
métodos, etc.
En relación con muchos trabajos realizado, la
gran ventaja del sistema GPS, sin duda ha sido el hecho de poder
obtener posicionamientos absolutos con la precisión
necesaria en tiempo real, requisito imprescindible en la
topografía minera, además de la posibilidad de
implementar procedimientos de automatización de maquinaria
y control de flotas de producción.
Anexos
GPS topográfico
Levantamiento topográfico con
GPS
Bibliografía
ATKINSON GORDO, ALAN D.J.;GARCÍA BALBOA,
JOSÉ LUIS; ARIZALÓPEZ, FRANCISCO J.; "Los Diferentes Test
Para El Control De Calidad PosicionalEn Cartografía". XIII Congreso Internacional
de Ingeniería Gráfica. Badajoz 2001.BERNÉ VALERO, J.L.; FEMENIA RIBERA, C. "GPS"
Servicio de Publicaciones Universidad Politécnica de
Valencia. 2000.F.G.D.C.; "Geospatial Positioning Accuracy
Handbook". Minesota (U.S.): Ninnesota Planning,.
FGCD-STD-007-1198. 1999MANZANO AGUGLIARO F., MANZANO AGUGLIARO G.,
CORCHETEFERNÁNDEZ, V., AGUILERA UREÑA, M.J.;
Colomer de la Oliva I. "topografía por
satélite: GPS (Global Positioning System)".MANZANO AGUGLIARO F., MANZANO AGUGLIARO G.,
CORCHETEFERNÁNDEZ, V., AGUILERA UREÑA, M.J.;
GARCÍA CRUZ, A. "Aplicaciones Del GPS A La
Topografía Y Geodesia". Servicio de Publicaciones
Universidad de Almería. 2003.
Autor:
Moreno Chiroque
Raúl
Giron Salazar Cesar
" AÑO DEL CENTENARIO DE MACHUPICCHU
PARA EL MUNDO"
FACULTAD DE AGRONOMÍA
ESCUELA DE INGENIERIA
AGRÍCOLA
TRABAJO ENCARGADO
CURSO : TOPOGRAFÍA I
PROFESOR : ING. GILMER CAMACHO
LÁZARO
Piura, agosto del 2011