INSTRUMENTOS ALTIMÉTRICOS Y PLANIMETRICOS Los instrumentos altimétricos permiten obtener diferencias de altitud entre dos puntos y se pueden agrupar en tres categorías: niveles, en los cuales se obtiene una visual horizontal; clisímetros, que miden las pendientes de las visuales; y los eclímetros, que definen visuales inclinadas midiendo el ángulo que forman las mismas con el horizonte o la vertical. También existen otros instrumentos de uso necesarios en Altimetría, que facilitan la medición, un ejemplo de estos son los Receptores GPS , que permite realizar relevamientos precisos a muy alta velocidad, es decir que se pueden mapear zonas a costos significativamente menores que utilizando métodos de medición tradicionales. Tal es el caso de la medición de extensiones muy grandes o zonas de difícil acceso con instrumental topográfico. Otros instrumentos de interés utilizados en esta rama son: las miras verticales, niveleta, placa de 0nivelación, nivel de mano y el clisímetro.
Historia del Teodolito El primer teodolito fue construido en 1787 por el óptico y mecánico Ramsden. Los antiguos instrumentos, eran demasiado pesados y la lectura de sus limbos (círculos graduados para medir ángulos en grados, minutos y segundos) muy complicada, larga, y fatigosa. Eran construidos en bronce, acero, u otros metales. El ingeniero suizo Enrique Wild, en 1920, logró construir en los talleres ópticos de la casa Carl Zeiss (Alemania), círculos graduados sobre cristal para así lograr menor peso, tamaño, y mayor precisión, logrando tomar las lecturas con más facilidad.
Teodolito Recibe también el nombre de instrumento universal por la gran variedad variedad de aplicaciones aplicaciones que pueden pueden obtenerse con su empleo; puede considerarse como un goniómetro completo capaz de medir ángulos verticales y horizontales con gran precisión. Aunque los teodolitos difieren entre sí en detalles de construcción sus partes esenciales son similares en todos ellos; en la figura figura se representa el despiece despiece de un teodolito clásico, clásico, que consta de tres bloques bloques fundamentales.
El bloque inferior C, está constituido por una plataforma nivelante y en ella se introduce un eje hueco solidario del bloque B, en el que va fijo el limbo acimutal; de ésta forma, una vez encajado el bloque B en el C, podrán hacerse solidarios ambos por medio de tornillos de presión, o si éstos están aflojados podrá girar un bloque respecto al otro, constituyendo lo que denominamos movimiento general del instrumento. A su vez en el eje hueco del bloque bloque B, penetra otro eje solidario solidario al bloque A, en el cuál se encuentra encuentra el anteojo y los nonios, consiguiéndose consiguiéndose igualmente el movimiento relativo de estos dos bloques por medio de un tornillo de presión, denominándose este movimiento relativo entre los dos cuerpos movimiento particular del instrumento. En el bloque A, o aliada se encuentra el soporte para el anteojo, el cuál permite el movimiento del mismo alrededor de un eje horizontal constituyendo este giro de movimiento cenital del aparato, pudiéndose dejar fijo el anteojo en una posición determinada por medio del correspondiente tornillo de presión. Estas partes principales se dividen en otras piezas que son:
Anteojo. Tornillo de enfoque del objetivo. Piñón. Ocular. Círculo vertical graduado. Círculo horizontal graduado. Plomada (puede ser óptica o física, dependiendo el modelo). Tornillos calantes. Tornillo de sujeción (es la parte que une al aparato con el trípode). Micrómetro. Espejo de iluminación (sólo en algunos aparatos). Nivel tubular. Nivel esférico. Asa de transporte.
Partes Principales
Niveles: El nivel es un pequeño tubo cerrado que contiene una mezcla de alcohol y éter; una burbuja de aire, la tangente a la burbuja de aire, será un plano horizontal. Se puede trabajar con los niveles descorregidos. Precisión: Depende del tipo de Teodolito que se utilice. Existen desde los antiguos que varían entre el minuto y medio minuto, los modernos que tienen una precisión de entre 10", 6", 1" y hasta 0.1". Nivel esférico: Caja cilíndrica tapada por un casquete esférico. Cuanto menor sea el radio de curvatura menos sensible serán; sirven para obtener de forma rápida el plano horizontal. Estos niveles tienen en el centro un círculo, hay que colocar la burbuja dentro del círculo para hallar un plano horizontal bastante aproximado. Tienen menor precisión que los niveles tóricos, su precisión está en 1´ como máximo aunque lo normal es 10´ o 12´. Nivel tórico: Si está descorregido nos impide medir. Hay que calarlo con los tornillos que lleva el aparato. Para corregir el nivel hay que bajarlo un ángulo determinado y después estando en el plano horizontal con los tornillos se nivela el ángulo que hemos determinado. Se puede trabajar descorregido, pero hay que cambiar la constante que nos da el fabricante. Para trabajar descorregido necesitamos un plano paralelo. Para medir hacia el norte geográfico (medimos
acimutes, si no tenemos orientaciones) utilizamos el movimiento general y el movimiento particular. Sirven para orientar el aparato y si conocemos el acimutal sabremos las direcciones medidas respecto al norte. Plomada: Se utiliza para que el teodolito esté en la misma vertical que el punto del suelo. Plomada de gravedad: Bastante incomodidad en su manejo, se hace poco precisa sobre todo los días de viento. Era el método utilizado antes aparecer la plomada óptica. Plomada óptica: es la que llevan hoy en día los teodolitos, por el ocular vemos el suelo y así ponemos el aparato en la misma vertical que el punto buscado. Limbos: Discos graduados que nos permiten determinar ángulos. Están divididos de 0 a 360 grados sexagesimales, o de 0 a 400 grados centesimales. En los limbos verticales podemos ver diversas graduaciones (limbos cenitales). Los limbos son discos graduados, tanto verticales como horizontales. Los teodolitos miden en graduación normal (sentido dextrógiro) o graduación anormal (sentido levógiro o contrario a las agujas del reloj). Se miden ángulos cenitales (distancia cenital), ángulos de pendiente (altura de horizonte) y ángulos nadirales. Nonius: Mecanismo que nos permite aumentar o disminuir la precisión de un limbo. Dividimos las n - 1 divisiones del limbo entre las n divisiones del nonio. La sensibilidad del nonio es la diferencia entre la magnitud del limbo y la magnitud del nonio. Micrómetro: Mecanismo óptico que permite hacer la función de los nonios pero de forma que se ve una serie de graduaciones y un rayo óptico mediante mecanismos, esto aumenta la precisión.
Partes Accesorias
Trípodes: Se utilizan para trabajar mejor, tienen la misma X e Y pero diferente Z ya que tiene una altura; el más utilizado es el de meseta. Hay unos elementos de unión para fijar el trípode al aparato. Los tornillos nivelantes mueven la plataforma del trípode; la plataforma nivelante tiene tres tornillos para conseguir que el eje vertical sea vertical. Tornillo de presión (movimiento general): Tornillo marcado en amarillo, se fija el movimiento particular, que es el de los índices, y se desplaza el disco negro solidario con el aparato. Se busca el punto y se fija el tornillo de presión. Este tornillo actua en forma ratial, o sea hacia el eje principal. Tornillo de coincidencia (movimiento particular o lento): Si hay que visar un punto lejano, con el pulso no se puede, para centrar el punto se utiliza el tornillo de coincidencia. Con este movimiento se hace coincidir la línea vertical de la cruz filar con la vertical deseada, y este actúa en forma tangencial. Los otros dos tornillos mueven el índice y así se pueden medir ángulos o lecturas acimutales con esa orientación.
Representación esquemática De un teodolito.
Gráficos de la disposición de los Círculos vertical y horizontal
Ejes
Ejes principales de un teodolito: El teodolito tiene 3 ejes principales y 2 ejes secundarios
1. Ejes Principales
Eje Vertical de Rotación Instrumental S - S (EVRI): es el eje que sigue la trayectoria del CenitNadir, también conocido como la línea de la plomada, y que marca la vertical del lugar Eje Horizontal de Rotación del Anteojo K - K (EHRA) o eje de muñones es el eje secundario del teodolito, en el se mueve el visor. En el eje de muñones hay que medir cuando utilizamos métodos directos, como una cinta de medir y así obtenemos la distancia geométrica. Si medimos la altura del jalón obtendremos la distancia geométrica elevada y si medimos directamente al suelo obtendremos la distancia geométrica semielevada; las dos se miden a partir del eje de muñones del teodolito. Eje Óptico Z - Z (EO): es el eje donde se enfoca a los puntos. El eje principal es el eje donde se miden ángulos horizontales. El eje que sigue la trayectoria de la línea visual debe ser perpendicular al eje secundario y éste debe ser perpendicular al eje vertical. Los discos son fijos y la alidada es la parte móvil. El declímetro también es el disco vertical.
El plano de colimación es un plano vertical que pasa por el eje de colimación que está en el centro del visor del aparato; se genera al girar el objetivo. 2. Ejes secundarios
Línea de fe Línea de índice
Movimientos del Teodolito
Por esta constitución del teodolito vemos que el mismo puede tener tres clases de movimientos independientes:
Movimiento general del instrumento: cuando son solidarios los bloques A y B y éste gira independientemente de C. Es decir cuando este instrumento, previamente instalado sobre el trípode en un punto del terreno que se denomina estación , realiza los movimientos sobre los ejes principales. Movimiento particular del instrumento: cuando son solidarios los cuerpos B y C y el A gira independiente del de B. También llamado movimiento de la alidada, este movimiento se realiza sobre el eje vertical (S-S), también presente en los instrumentos de todas las generaciones de teodolito. Permite al operador girar el anteojo horizontalmente, en un rango de 360º. Movimiento del anteojo alrededor del eje horizontal. Este movimiento se lo realiza sobre el eje horizontal (K-K) y permite al operador girar desde el punto de apoyo hasta el Cenit, aunque estos casos son muy raros ya que mayormente se abarca un rango promedio de 90º. y otro
Además de los tornillos de presión citados, los teodolitos pueden llevar otros de coincidencia, que permiten los mismos movimientos pero de un modo más lento y limitado. Puesta en Estación de un Teodolito
Al poner en estación un instrumento debe cumplir dos condiciones: 1. que el eje del aparato pase por el punto de estación, y 2. que sea vertical Para hacer cumplir la primera condición se emplea, generalmente, una plomada, colgada del gancho que lleva el trípode o el elemento de unión de este al aparato, haciendo que la vertical señalada por la misma pase por la señal del terreno que materializa el punto de estación. Esta coincidencia se realiza moviendo los pies del trípode hasta lograrla, hincándolos después fuertemente en el suelo, procurando al efectuar esta operación que la plataforma nivelante quede aproximadamente horizontal. Es importante que las patas del trípode queden bien abiertas y clavadas en el terreno, para evitar que el instrumento pueda desnivelarse fácilmente por tener poca base de sustentación, o pueda caerse al menor tropiezo. Una vez conseguida la coincidencia de la plomada con la señal del terreno, se coloca el eje principal del aparato en posición vertical, siguiendo el procedimiento de comprobación y corrección del nivel fijo, aunque si no se desea corregir el nivel, caso mas frecuente, sino solo poner vertical dicho eje, una vez calada la burbuja en la primera posición dando el giro de 200º y eliminando con los tornillos nivelantes la mitad del desplazamiento de la misma, se vuelve a la posición primitiva, y si la burbuja no se mueve, es señal de que la línea que ha calado el nivel es horizontal. Se toma nota de la posición en que ha quedado la burbuja y se lleva el nivel en dirección del tercer tornillo nivelante, y valiéndose de éste, se hace que la burbuja quede de nuevo en la graduación anotada. De esta forma se ha colocado vertical el eje sin necesidad de tocar los tornillos de corrección del nivel, cosa que por otra parte no es conveniente realizar con demasiada frecuencia para evitar el desgaste de los mismos. Centrado Forzado
Los teodolitos tienen un sistema especial que permite al usuario retirarlos de la base, o tríbaco, que contiene los tornillos de nivelación e intercambiarlos por instrumentos EDM, o miras para EDM, etcétera. Cualquiera que sea el aparato instalado en esta base, se puede retirar y colocar cualquier otro
instrumento. Éste quedará centrado y nivelado automáticamente o casi nivelado. Este sistema intercambiable se denomina centrado forzado. Algunas brigadas topográficas utilizan varios tripiés y bases de nivelación. Pueden instalar el teodolito en un punto, tomar una visual sobre una mira que está sobre otro tríbaco en el punto siguiente, registrar sus lecturas, retirar el teodolito de su base, moverlo hacia el punto siguiente, registrar sus lecturas, retirar el teodolito de su base, moverlo hacia el punto siguiente, fijarlo a su nueva base, hacer sus lecturas y continuar de esta forma. El centrado forzado acelera las operaciones y reduce el número de instalaciones del aparato, minimizando los errores accidentales. Medición de ángulos cenitales con un teodolito
Como se describió previamente, un ángulo vertical es el ángulo positivo o negativo que se mide desde un plano horizontal hasta el punto en cuestión. En ocasiones se conoce como ángulo de elevación al ángulo positivo y a un ángulo negativo se le llama ángulo de depresión. Un ángulo cenital es el ángulo medido desde una línea vertical hasta el punto analizado. Los tránsitos se emplean en general para la medición de ángulos verticales, mientras que los teodolitos se usan para medir ángulos cenitales. Cabe destacar que los teodolitos tienen una lectura de 90° cuando el telescopio está en posición horizontal. Algunos de ellos tienen la marca de la lectura de 0° en el cenit(punto alto), mientras que otros la tienen en el nadir(punto bajo). Clases de Teodolitos
Una versión antigua de teodolito.
Teodolito moderno
Son muchas las variaciones que estos aparatos presentan tanto en su construcción como en sus aplicaciones, pero todas ellas son de poca importancia para el estudio general del instrumento, no variando unos modelos de otros más que en su tamaño, alcance de los anteojos, precisión de lectura y algún otro pequeño detalle. Existe un teodolito que podemos llamar especial, es el fototeodolito, especialmente construido para la fotogrametría terrestre. Podemos dividir los teodolitos en dos grandes grupos: 1. 2.
Teodolito Concéntrico, que es el más corriente se llama de anteojo central o concéntrico, porque el plano de colimación contiene al eje principal del instrumento. Teodolito Excéntrico: Si el anteojo se monta en uno de los extremos del eje horizontal, el aparato se llama excéntrico, siendo el plano de colimación y el eje principal paralelos. Con el fin de equilibrar el aparato, con el extremo opuesto del eje secundario al que va montado el anteojo
se coloca un contrapeso, otras veces se equilibra el peso del anteojo, colocando en el lado opuesto a éste el limbo cenital y los nonios correspondientes Dentro de cada uno de los grupos indicados podemos clasificarlos a su vez en repetidores reiteradotes, de tránsito, y teodolito-brújula.
Se llama teodolito repetidor, cuando posee movimiento general lento, es decir, que una vez solidarios el limbo acimutal y sus índices o microscopios correspondientes, se le puede dar al conjunto un movimiento lento, mediante un tornillo de coincidencia, para apuntar a un punto determinado. De esta forma el aparato es capaz de acumular lecturas sucesivas del círculo horizontal, que después se dividen por el número de repeticiones, dando lugar al llamado método de repetición en la medida de ángulos (de ahí su denominación de repetidor). Cuando el aparato no dispone del citado tornillo de coincidencia, se llama reiterador, debido a que el método que puede emplearse en la medición de ángulos es el de reiteración. Llamados también direccionales , los teodolitos reiteradores tienen la particularidad de poseer un limbo fijo y sólo se puede mover la alidada. El teodolito se llama de tránsito cuando la altura del eje secundario sobre su plataforma es tal, que permite invertir el anteojo dándole la vuelta de campana sobre dicho eje. Prácticamente todos los aparatos modernos son de tránsito. Teodolito – brújula: Como dice su nombre, tiene incorporado una brújula de características especiales, este tiene una brújula imantada con la misma dirección al círculo horizontal. Sobre el diámetro 0 a 180 grados de gran precisión.
Teodolito electrónico
Es la versión del teodolito óptico, con la incorporación de electrónica para hacer las lecturas del círculo vertical y horizontal, desplegando los ángulos en una pantalla eliminando errores de apreciación, es más simple en su uso, y por requerir menos piezas es más simple su fabricación y en algunos casos su calibración. Un teodolito electrónico realiza la medición de los ángulos empleando un sensor fotoeléctrico, en lugar del ojo del operador. Para esto, los círculos tanto horizontal como vertical, han sido graduados únicamente con zonas oscuras que no reflejan luz y con zonas cubiertas de material reflector. La graduación tradicional de los círculos de los teodolitos óptico mecánicos es omitida. Cada uno de los círculos es analizado mediante dos sensores ubicados en posiciones diametralmente opuestas, con objeto de eliminar la excentricidad. Los sensores están formados por una fuente de luz infrarroja, un sistema óptico y un sensor. La luz emitida por la fuente infrarroja ilumina el círculo, que la refleja o no según incida en las partes reflectoras o en las partes oscuras. El sensor recibe la luz reflejada, generando corriente eléctrica proporcional a la intensidad de luz. Al girar la alidada, el sensor recibe pulsos de luz, cada vez que se ilumina un sector reflectivo del círculo y por lo tanto genera un tren de pulsos eléctricos proporcional al giro de la alidada. Un microprocesador cuenta los pulsos e interpola el valor del ángulo, presentando el valor de este en forma digital, en una pantalla generalmente de cristal líquido. Ventajas de los teodolitos electrónicos 1. Fácil lectura del los ángulos, ya que estas magnitudes son mostradas en forma digital y con indicación de las unidades. 2. Mejora de la precisión respecto a un teodolito óptico mecánico del mismo error instrumental, ya que se elimina el error de estimación. 3. Posibilidad de conexión directa con un distanciómetro electrónico.
4. Posibilidad de realizar cálculos de distancias reducidas y coordenadas, al instante de realizar las mediciones angulares y de distancia. 5. Registro de los valores medidos y calculados en la memoria del instrumento, tarjetas de memoria o colectores externos, eliminando los errores de escritura en la Libreta de Campo. Los datos son transferidos directamente a la PC para su posterior procesamiento. 6. Manejo de Códigos de Campo, para la automatización del proceso de levantamiento. 7. Programas para realizar cálculos en el campo, tales como Orientación del Círculo, Estación Libre, etc. 8. Programas de prueba, que ayudan a verificar la calibración y estado del equipo.
Brújula de Agrimensor
Construida por Grasselli y Zambra, Madrid. Esta brújula se usaba en agrimensura para realizar planos sencillos o croquis, en levantamientos de poca precisión. Utilizando el método de coordenadas polares, ángulo (medido por la brújula) y distancia (medida con otros instrumentos, podómetro, cinta métrica o cadena), podemos situar cualquier punto o característica del terreno, en un plano, a partir de ambas coordenadas Brújula encerrada en una caja pequeña provista de una línea fija de referencia, con la que se pueden medir ángulos horizontales. Es además, un instrumento para determinar el azimut magnético de una línea de mira mediante un dispositivo de puntería, un círculo horizontal graduado, y una aguja magnética pivoteada. La brújula de agrimensor usada en los primeros levantamientos topográficos en los Estados Unidos empleada un par de mirillas para definir la línea de mira, y generalmente estaba montada sobre una sola parta, llamada “Bastón de Jacobo”. Este instrumento completamente
reemplazado por el tránsito de agrimensor y el tránsito solar.
Estaciones Totales Aunque en la actualidad se ha incrementado, el uso del sistema de posicionamiento global, el instrumento más empleado en topografía es la estación total. Este aparato es una combinación de un teodolito y un instrumento EDM, junto con un equipo que tiene la capacidad de realizar diferentes cálculos, como la determinación de componentes horizontales y verticales de distancias inclinadas. El nombre original de este tipo de instrumentos fue el de taquímetro o taquímetro electrónico, pero Hewlett-Packard introdujo el hombre de estación total hace 20 años, mismo que ha sido adoptado en topografía. A la mitad de la década de 1970, era común encontrar un distanciómetro fijo en un teodolito como el que se muestra en la figura. Este arreglo fue poco práctico en su manejo, pero en la topografía se observaron rápidamente las ventajas de los equipos que miden de manera combinada la distancia y la
dirección. A partir de estos inicios se dio el desarrollo que llevó a las magníficas estaciones totales actuales, las cuales se emplean un levantamiento de poligonales, realización de planos topográficos, trazo de obras de construcción y en muchos otros tipos de levantamientos. En la primera mitad de la década de 1980, las estaciones totales eran utilizadas principalmente por empresas que contaban con suficiente dinero para hacer las inversiones correspondientes. Tipos de Estaciones Totales
En los días iniciales de las estaciones totales, había tres tipos de instrumentos: manuales, semiautomáticos y automáticos.
Con estos instrumentos era necesario leer manualmente los ángulos horizontales y verticales, es decir, a ojo. Los únicos que se leían de forma electrónica eran las distancias inclinadas o en pendiente. Estaciones Totales Semiautomáticas : En estos equipos, el operador tenía que leer el círculo horizontal manualmente(a ojo), mientras que las lecturas del círculo vertical se hacían de forma electrónica y los instrumentos podían emplearse, en la mayoría e los casos, en la reducción de los valores en sus componentes horizontales y verticales. Estaciones Totales automáticas: Son las estaciones totales comunes que se usan hoy en día. Miden de forma electrónica ángulos horizontales y verticales, distancias inclinadas, calculan las componentes horizontales y verticales de esas distancias y determinan las coordenadas de los puntos observados. Estaciones totales manuales:
En ocasiones se considera que los dos primeros tipos de estaciones totales antes descritos son una especie de “antigüedad” hoy en día, pero debe tomarse en cuenta que muchas de ellas aún se encuentran en uso. Las estaciones totales m0dernas conocidas como estaciones totales inteligentes tienen
valores que fluctúan entre 6000 y 40000 dólares o más. Pueden utilizarse con colectores externos de datos; las unidades más costosas cuentan con sus propias unidades de recolección de datos. Prácticamente todas las estaciones totales utilizan rayos infrarrojos para llevar a cabo la medición de distancias. Las unidades más económicas, con prismas de reflexión, pueden medir distancias de 300 a 800 m. Las de mayor precio miden satisfactoriamente distancias has de 2000 metros cuando se usan prismas sencillos. Los rangos de precisión con los aparatos menos costosos son de alrededor de ± (5 mm + 5 ppm) y en el caso de las estaciones costosas de ± (1 mm + 1 ppm). La realidad hoy en día es que las estaciones totales y el GPS se usan juntos. Este último es excelente y económico para instalar o expandir redes horizontales de control. Se debe considerar que el topógrafo también toma decisiones y necesita aplicar la herramienta correcta en el desarrollo de un proyecto en particular (estación total, GPS, etcétera), con objeto de obtener la precisión necesaria, mientras que, al mismo tiempo, se permanece dentro de las restricciones económicas del trabajo. Las estaciones totales se aplican en los trabajos derivados de las redes de control para el establecimiento de límites de terrenos, en el estacado de sitios de construcción y en la obtención de datos topográficos. El GPS tiene una limitación relacionada con la visibilidad. Debe haber un número suficiente de satélites artificiales visibles, aspecto que no siempre es posible cuando los trabajos se realizan en bosques o en zonas metropolitanas con edificios altos. En estos casos se deben tomar las precauciones necesarias para poder emplear este tipo de equipos. Las estaciones totales tienen algunas desventajas que se deben comprender con claridad. Su empleo no produce libretas de campo, lo que se traduce en una dificultad para que el topógrafo realice las revisiones del trabajo en el campo. Para hacer una revisión completa del levantamiento, es
necesario regresar a la oficina y elaborar los planos (probablemente hechos en computadora). Otra desventaja de las estaciones-totales es que no se, les debe utilizar para hacer observaciones del Sol, a menos que se usen filtros especiales como los prismas de Roelof. Si esto no se hace, cede dañarse la parte EDM del instrumento. Levantamientos Con Estaciones Totales
Una estación total se nivela de forma aproximada utilizando sus tres tornillos de nivelación. No es necesario girar el instrumento alrededor de su eje vertical. Una vez realizada esta acción, el microprocesador del aparato detecta la magnitud de errores de nivelación y realiza las correcciones apropiadas a los valores medidos de los ángulos horizontales y verticales. Como resultado, el microprocesador toma en cuenta los errores instrumentales, como la falta de perpendicularidad de la línea de visual con respecto al eje horizontal y de éste con respecto al eje vertical. Con los instrumentos antiguos (tránsitos y teodolitos), se tenía la costumbre de medir el mismo número de ángulos directos que inversos, y promediar las lecturas con la finalidad de compensar los errores. Esta práctica no se necesita con las estaciones totales. Sin embargo, se incurre en algunos errores de medición durante los trabajos, por lo que se recomienda tomar varias lecturas y dejar que el microprocesador saque el promedio de los valores medidos. Para la medición de ángulos horizontales, se dirige una visual atrás hacia un punto empleando los tornillos de presión y tangencial y se registra el valor del ángulo. Éste puede ser cero, un azimut conocido o cualquier otro valor. Después, el instrumento se dirige hacia el segundo punto con los mismos tornillos y despliega de manera automática el valor del ángulo horizontal. Con seguridad existen errores instrumentales en las observaciones, por lo que, para minimizarlos, este ángulo puede calcularse varias veces y obtener el promedio de los valores (una gran cantidad de estaciones totales determinan este promedio). En este análisis se supone que las coordenadas rectangulares del punto inicial y del azimut de una línea son conocidas o supuestas. Se instala la estación total, se ingresan las coordenadas en el aparato y se inscribe el dato del azimut conocido en la pantalla del círculo horizontal. Se dirige una visual atrás (empleando el tornillo del movimiento inferior) a lo largo de la línea de azimut conocido. Con el movimiento superior se visa hacia el siguiente punto y a continuación se despliega el azimut y se guarda en la memoria del aparato. La estación total mide la distancia inclinada desde el instrumento hasta el reflector, junto con los ángulos horizontales y verticales. Entonces el microprocesador del aparato calcula las componentes horizontal y vertical de la distancia inclinada. Además, con base en estas componentes y el azimut de la línea, el microprocesador determina (por trigonometría) las componentes norte-sur v este-oeste de la línea y las coordenadas del nuevo punto, las cuales quedan grabadas en la me moria de la estación. Al desplazar la estación total al segundo punto, se repite el procedimiento descrito para el primer punto, con la excepción de que no se necesita introducir los datos del azimut inverso al primer punto, ni las coordenadas del segundo punto. Basta con recuperarlos de la memoria del aparato v después se visa el siguiente punto. Este procedimiento se repite hasta que el topógrafo regresa al punto inicial o a otro punto de coordenadas conocidas. Las coordenadas de este punto final se comparan con aquéllas que se obtuvieron con la estación total. Si la diferencia o error de se encuentra dentro de la tolerancia permitida, se aplican ajustes proporcionales a los puntos intermedios para obtener sus coordenadas finales.
Como parte del levantamiento de poligonales, el topógrafo puede obtener las elevaciones de los puntos, lo cual se hace fácilmente con la estación total. Por supuesto, se necesita contar con la altura del instrumento y la altura del reflector. Entonces, cuando el microprocesador calcula las componentes verticales de la distancia inclinada, determina también la elevación del siguiente punto. Como parte de este cálculo, se realiza la corrección por curvatura terrestre y por refracción atmosférica. Cuando se llega al último punto, la diferencia de su elevación y la elevación calculada con el aparato (si está dentro de tolerancia) se ajusta o distribuye entre los puntos intermedios. Las elevaciones que se determinan de esta manera no son tan precisas como aquéllas que se obtienen mediante el proceso de nivelación. Uso De Colectores De Datos Con Estaciones Totales
Los colectores de datos que se utilizan junto con estaciones totales pueden ser aparatos portátiles que se conectan mediante cables a las estaciones totales o pueden ser parte de las mismas. La mayoría de los colectores de datos se diseñan de forma que los datos que se guardan en 1 puedan descargarse automáticamente en computadoras, las cuales se utilizan para realizas los cálculos y dibujos. La capacidad de los colectores modernos de datos es asombrosa en comparación con la que tenían hace algunos años. Las estaciones totales con colectores de datos son muy eficientes en levantamientos que in cluyen la localización de una gran cantidad de puntos en el campo. Esta situación a mente común en los levantamientos para cartografía topográfica. La estación total puede llevar a cabo una gran variedad de funciones topográficas. Una para la cual es ideal es la de los levantamientos en los que se determinan las coordenadas x, y y z (la componente z se usa aquí para referirse a las elevaciones). El trabajo se puede hacer más rápido (tal vez de 2 a 3 veces) que con tránsito o teodolito y estadia. Con esto se incrementa de forma apreciable el área para la cual los levantamientos terrestres son competitivos con los , levantamientos realizados con fotografía aérea. Las mediciones de campo que se registran en el colector de datos se transfieren a una computadora para la preparación final de los planos. Asimismo, pueden trabajarse proyectos complejos en la computadora de la oficina y transferirse o registrarse en el colector de datos. Éste se transporta entonces al campo y se conecta a la estación total. Una vez hecho esto, se pueden trazar rápidamente cientos de puntos en el campo empleando la estación total. Estaciones Totales Robóticas
La topografía robótica es posible en la actualidad con el uso de un instrumento denominado Geodimeter 4000. Este dispositivo, que tenía un precio de lista estimado en 1998 de rnás de 40000 dólares, permite a los topógrafos un gran incremento en su productividad y eficiencia. De hecho, algunos operadores de este equipo declaran que es posible realizar en un solo día el trabajo que tomaría tres o cuatro días con estaciones totales comunes. El equipo robótico para topografía incluye dicho instrumento, una baliza con un nivel circular, un prisma reflector, el equipo telemétrico de comunicación con el robot y un teclado. El instrumento se instala sobre una estación de control y se orienta de la manera usual, probablemente visando atrás a otra estación de control. Puede operarse como una estación total convencional, o como un robot, por un solo topógrafo ubicado en el prisma. En caso de que se le aplique como robot, el topógrafo realiza todas las mediciones mientras se encuentra en las diversas posiciones visadas empleando la unidad de posicionamiento ( Positioning Unit, RPU). A éstos se les denomina levantamientos remotos. Al activarse el botón RPU del aparato, éste se transforma en un robot y permite que una persona lo opere, llevándose acabo
automáticamente el registro y el almacenamiento de datos en el aparato. El topógrafo lleva la RPU al punto visado y presiona el botón de búsqueda; a continuación el robot busca el RPU hasta encontrarla y la sigue a medida que se desplaza de un punto a otro. Si se pierde la señal, el topógrafo vuelve a presionar el botón de búsqueda y el aparato vuelve a encontrar la RP. El tiempo máximo que se requiere es, por lo común, de sólo unos cuantos segundos. El hecho de que el instrumento robótico pueda trabajar sin personal a cargo y encontrar continuamente al reflector permite reducir sobremanera el tiempo que se requiere en un levantamiento común para visar, enfocar y tomar lecturas. En el registro de los datos se usa sólo el tiempo que requiere el topógrafo para caminar hasta el punto y nivelar el estadal. El robot toma y registra la lectura en menos de un segundo. El Geodimeter 4000 emplea rayos infrarrojos, por lo que se le puede usar durante la noche. Esta característica permite ahorrar mucho tiempo y dinero en proyectos de construcción, ya que la topografía necesaria para el siguiente día de trabajo se puede hacer durante la noche anterior. Las actividades de construcción de la mañana siguiente pueden empezar de inmediato sin tener que esperar a los topógrafos. De la misma manera, los levantamientos en lugares con alta intensidad de tránsito durante el día se pueden llevar a cabo en la noche cuando los volúmenes de tránsito son bajos.
Niveles de Precisión
Instrumento topográfico destinado a garantizar la horizontalidad de las visuales y a poder determinar diferencias de alturas o cotas entre los diferentes puntos de un terreno. Se utilizan exclusivamente para altimetría, siendo ésta la toma de medidas del desnivel que existe entre dos puntos por medio de una visual horizontal. Se puede definir nivel como aquel instrumento que al estar estacionado, todas sus visuales serán obligadamente horizontales.
El nivel mas sencillo es el nivel de manguera, es una manguera transparente, se le introduce agua y se levantan ambos extremos, por simple equilibrio, el agua estará al mismo nivel en ambos extremos.
Los de tipo fijo o de anteojo corto: En este tipo de nivel, El anteojo está rígidamente unido a la regla del nivel y es paralelo a ésta. El nivel de burbuja, unido a la regla del nivel y protegido, permanece siempre en el mismo plano vertical que el anteojo, pero unos tornillos situados en cada extremo permiten ajustarlo verticalmente y cambiar el nivel de burbuja cuando éste se daña.
El nivel de mano es un instrumento también sencillo, la referencia de horizontalidad es una burbuja de vidrio o gota, el clisimetro es una versión mejorada del nivel de mano incorporando un transportador metálico permitiendo hacer mediciones de inclinación y no solo desnivel.. Este instrumento sirve tanto para la nivelación directa como para medir los ángulos de las pendientes. Se muestra este instrumento que tiene dos graduaciones una en grados y otra en taludes o pendientes. Cuando se utiliza como nivel, el índice del vernier se pone en cero, y luego se utiliza en la misma forma que el nivel de mano. Cuando se utiliza como clisimetro, se ve el objeto haciendo girar el tubo de nivel alrededor del eje del arco vertical, hasta que el hilo transversal bisecta la burbuja al verla por el ocular. Entonces se lee el ángulo de talud.
Clisimetro
El nivel fijo es la versión sofisticada del nivel de mano, este en lugar de sostenerse con la mano se coloca sobre un tripie, la óptica tiene más aumentos y la gota es mucho más sensible. Este nivel presenta una problemática, y es que conforme se opera el aparato hay que estar verificando continuamente y sobretodo cuando se gira, que la gota siga centrada, esto se hace con los 4 tornillos niveladores los cuales se mueven en pares, y siempre manteniendo tensión para que el aparato no se mueva.
Nivel fijo
Este problema se resolvió con el nivel basculante, que sigue siendo un nivel fijo, pero que tiene un tornillo para ajustar la gota cada que se hace una medición, simplificando mucho el uso de 4 tornillos nivelantes, uno de los niveles mas precisos es un nivel basculante, pero debe mayormente su precisión justamente a su gota y a una placa plano paralela.
Nivel basculante
Un gran adelanto se logró cuando se introdujo el compensador automático, dando lugar al nivel automático, su funcionamiento esta basado en un péndulo que por gravedad, en estado estable este siempre estará en forma vertical, y con la ayuda de un prisma, este nos dará la referencia horizontal que estamos buscando. Este nivel tiene una burbuja circular (ojo de buey) que puede no estar completamente centrada, pero el compensador automático hace justamente eso, compensar, este adelanto resultó tan provechoso, que se incorporó en los teodolitos más precisos y en las estaciones totales, aun cuando su funcionamiento puede variar, el principio sigue siendo el mismo.
Nivel automático
Por sus ventajas los niveles automáticos son los que mas fácilmente se encuentran en el mercado, dentro de las características que hay que observar al comparar instrumentos es el número de aumentos de la lente que puede ser de 20x hasta 32x, esto representa que tanto aumenta la imagen al ver a través del nivel, si las distancias son cortas (menores a 10 metros) tal vez no resulte algo trascendente, pero al tratar de ver un estadal graduado al milímetro a 100 metros si es importante contar con el nivel con mas aumentos, o si se requiere gran precisión incluso en distancias cortas se recomendaría el de 32 aumentos. Se ve de las especificaciones que el número de aumentos esta ligado con la precisión del equipo, que se expresa en milímetros por kilómetro nivelado ida y vuelta, así si por ejemplo un nivel tiene una precisión de ± 1.5 mm/km, significa que en una nivelación de un kilometro ida y vuelta se tiene un error de mas menos un milímetro y medio. En términos generales se podría decir que el rango de un nivel de 20 aumentos es de 50 mts, 22x.65mts, 24x.-79mts, 26x.-92mts, 28x.-104mts, 30x.-115mts, 32x.-125mts, pero si usamos un nivel de muchos aumentos a distancias cortas tendremos mayor facilidad para tomar las lecturas en el estadal y eventualmente mas precisión, así si por ejemplo se quiere nivelar una maquinaria, en donde las distancias pueden no superar los 10 mts, se recomendaría usar el nivel de 32 aumentos, para tener la máxima precisión posible. Si bien el nivel solo sirve para medir desnivel, últimamente se les ha incorporado una graduación en el giro horizontal, permitiendo hacer mediciones de ángulos con una precisión de medio grado, siendo práctico en obra para medir o trazar ángulos horizontales que no requieren gran precisión. Existe
un accesorio llamado placa planoparalela o micrómetro este accesorio permite realizar mediciones a la décima de milímetro, si bien se puede colocar en cualquier nivel, se recomienda solo para niveles con 32 aumentos, este accesorio es de gran ayuda para trabajos que requieren mucha precisión., En algunos casos es incluso aconsejable usar estadal inbar para eliminar error por variación en la temperatura y dilatación de los estadales de aluminio.
Nivel automático con placa planoparalela o micrómetro
Los
niveles láser fueron y continúan siendo una novedad creyendo alguna personas que son mas precisos, pero la realidad es otra, existen los que solo proyectan una linea en una pared, su nombre correcto es crossliner se usan principalmente en interiores, ya que en exteriores con la luz del sol resulta difícil ver la linea que proyecta en una pared por ejemplo, linea que por cierto tiene entre 1 y 2 milímetros de ancho, así que si precisión. En un kilometro será de 1 centímetro comparando con un nivel óptico, hay también niveles láser que poseen un sensor, este se puede usar en exteriores y a mayores distancias, ya que no depende del ojo humano, si no de un sensor especializado en ver la luz láser, hay equipos de diferentes precios y precisiones, si adquiere un nivel asegurese que este sea de calidad y que este correctamente calibrado, de lo contrario le recomiendo mejor un nivel de manguera.
Crossliner
Nivel láser y sensor
No todo es malo en los niveles láser, una de sus ventajas es que lo puede usar una sola persona: pone el nivel en un punto céntrico y va a medir directamente en los puntos que requiere, también si tiene varios instaladores (de marcos por ejemplo) trabajando al mismo tiempo, cada uno puede tener un sensor y estar usando la misma referencia al mismo tiempo. También son muy prácticos montados en maquinaria de excavación o aplanado, eliminando la necesidad de detener la maquinaria para poner un estadal y hacer la medición, con un nivel láser el operador de la maquina puede saber instantáneamente si esta por arriba o por abajo del nivel deseado.
Por ultimo están los niveles electrónicos, estos funcionan como los niveles ópticos, y adicionalmente pueden hacer lecturas electrónicamente con estadales con código de barras, esto resulta muy practico, ya que la medición es muy rápida, y se eliminan errores de apreciación o lectura, incluso de dedo, ya que estos tienen memoria para almacenar y procesar los datos, pueden desplegar en pantalla una resolución de décima de milímetro, y medir distancias con una resolución de un centímetro.
Nivel electrónico
Si bien un teodolito o una estación total se puede usar como nivel, las mediciones no serán tan precisas, siendo que el nivel es un instrumento especializado, pero si no requiere gran precisión. Se puede utilizar una estación o un teodolito ajustando el ángulo vertical a 90 grados.
Niveles de Láser: Los niveles láser fueron y continúan siendo una novedad creyendo alguna personas que son mas precisos, pero la realidad es otra, existen los que solo proyectan una linea en una pared, su nombre correcto es crossliner se usan principalmente en interiores, ya que en exteriores con la luz del sol resulta difícil ver la linea que proyecta en una pared por ejemplo, linea que por cierto tiene entre 1 y 2 milímetros de ancho, así que si precisión. En un kilometro será de 1 centímetro comparando con un nivel óptico, hay también niveles láser que poseen un sensor, este se puede usar en exteriores y a mayores distancias, ya que no depende del ojo humano, si no de un sensor especializado en ver la luz láser, hay equipos de diferentes precios y precisiones.
No todo es malo en los niveles láser, una de sus ventajas es que lo puede usar una sola persona: pone el nivel en un punto céntrico y va a medir directamente en los puntos que requiere, también si tiene varios instaladores (de marcos por ejemplo) trabajando al mismo tiempo, cada uno puede tener un sensor y estar usando la misma referencia al mismo tiempo. También son muy prácticos montados en maquinaria de excavación o aplanado, eliminando la necesidad de detener la maquinaria para poner un estadal y hacer la medición, con un nivel láser el operador de la maquina puede saber instantáneamente si esta por arriba o por abajo del nivel deseado.
GPS El Global Positioning System (GPS) o Sistema de Posicionamiento Global (más conocido con las siglas GPS , aunque su nombre correcto es NAVSTAR-GPS) es un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de centímetros, usando GPS diferencial, aunque lo habitual son unos pocos metros. Aunque su invención se atribuye a los gobiernos francés y belga, el sistema fue desarrollado e instalado, y actualmente es operado, por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. El GPS funciona mediante una red de 27 satélites (24 operativos y 3 de respaldo) en órbita sobre el globo, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el retraso de las señales; es decir, la distancia al satélite. Por "triangulación" calcula la posición en que éste se encuentra. La triangulación en el caso del GPS, a diferencia del caso 2-D que consiste en averiguar el ángulo respecto de puntos conocidos, se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenada reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites. La antigua Unión Soviética tenía un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa. Actualmente la Unión Europea está desarrollando su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado Galileo. Historia
En 1957 la Unión Soviética lanzó al espacio el satélite Sputnik I, que era monitorizado mediante la observación del Efecto Doppler de la señal que transmitía. Debido a este hecho, se comenzó a pensar que, de igual modo, la posición de un observador podría ser establecida mediante el estudio de la
frecuencia Doppler de una señal transmitida por un satélite cuya órbita estuviera determinada con precisión. La Armada estadounidense rápidamente aplicó esta tecnología, para proveer a los sistemas de navegación de sus flotas de observaciones de posiciones actualizadas y precisas. Así surgió el sistema TRANSIT, que quedó operativo en 1964, y hacia 1967 estuvo disponible, además, para uso comercial. Las actualizaciones de posición, en ese entonces, se encontraban disponibles cada 40 minutos y el observador debía permanecer casi estático para poder obtener información adecuada. Posteriormente, en esa misma década y gracias al desarrollo de los relojes atómicos, se diseñó una constelación de satélites, portando cada uno de ellos uno de estos relojes y estando todos sincronizados con base a una referencia de tiempo determinada. En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (este último consistente en una técnica de transmisión codificada que proveía datos precisos usando una señal modulada con un código de sonidos pseudo-aleatorios (PRN = Pseudo-Random Noise), en lo que se conoció como Navigation Technology Program, posteriormente renombrado como NAVSTAR GPS. Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satélites, hasta completar la constelación actual, a la que se declaró con «capacidad operacional inicial» en diciembre de 1993 y con «capacidad operacional total» en abril de 1995. En 1994, este país ofreció el servicio normalizado de determinación de la posición para apoyar las necesidades de la OACI, y ésta acepto el ofrecimiento. Características técnicas
Este Sistema Global de Navegación por Satélite lo componen: 1. Sistema de satélites . Está formado por 24 unidades con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie del globo terráqueo. Más concretamente, repartidos en 6 planos orbitales de 4 satélites cada uno. La energía eléctrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a partir de dos paneles compuestos de celdas solares adosados a sus costados. 2. Estaciones terrestres . Envían información de control a los satélites para controlar las órbitas y realizar el mantenimiento de toda la constelación. 3. Terminales receptores : Indican la posición en la que están; conocidas también como Unidades GPS, son las que podemos adquirir en las tiendas especializadas. Segmento espacial
Satélites en la constelación: 24 (4 X 6 órbitas) Altitud: 20.200 km Período: 11 h 56 min Inclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre). Vida útil: 7,5 años Segmento de Control (estaciones terrestres) Estación principal: 1 Antena de tierra: 4 Estación monitora (de seguimiento): 5
Señal RF Frecuencia portadora: Civil - 1 575.42 MHz (L1). Utiliza el Código de Adquisición Aproximativa (C/A); y Militar – 1227.60 MHz (L2). Utiliza el Código de Precisión (P), cifrado. Nivel de potencia de la señal: -160 dBW (en superficie tierra) Polarización: circular dextrógira Exactitud Posición: aproximadamente 15 m (el 95%) Hora: 1 ns Cobertura: mundial Capacidad de usuarios: ilimitada Sistema de coordenadas: Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS84) Centrado en la Tierra, fijo. Integridad: tiempo de notificación 15 minutos o mayor. NO ES SUFICIENTE PARA LA AVIACIÓN CIVIL Disponibilidad: 24 satélites - 70 % y 21 satélites - 98 % no es suficiente como medio primario de navegación
Evolución del sistema GPS
El GPS está evolucionando hacia un sistema más sólido (GPS III), con una mayor disponibilidad y que reduzca la complejidad de las aumentaciones GPS. Algunas de las mejoras previstas comprenden:
Incorporación de una nueva señal en L2 para uso civil. Adición de una tercera señal civil (L5): 1176.45 MHz Protección y disponibilidad de una de las dos nuevas señales para servicios de Seguridad Para la Vida (SOL). Mejora en la estructura de señales. Incremento en la potencia de señal (L5 tendrá un nivel de potencia de -154 dB). Mejora en la precisión (1 – 5 m). Aumento en el número de estaciones monitorizadas: 12 (el doble) Permitir mejor interoperabilidad con la frecuencia L1 de Galileo
El programa GPS III persigue el objetivo de garantizar que el GPS satisfará requisitos militares y civiles previstos para los próximos 30 años. Este programa se está desarrollando para utilizar un enfoque en 3 etapas (una de las etapas de transición es el GPS II); muy flexible, permite cambios futuros y reduce riesgos. El desarrollo de satélites GPS II comenzó en 2005, y el primero de ellos estará disponible para su lanzamiento en 2012, con el objetivo de lograr la transición completa de GPS III en 2017. Los desafíos son los siguientes: 1. Representar los requisitos de usuarios, tanto civiles como militares, en cuanto a GPS. 2. Limitar los requisitos GPS III dentro de los objetivos operacionales. 3. Proporcionar flexibilidad que permita cambios futuros para satisfacer requisitos de los usuarios hasta 2030. 4. Proporcionar solidez para la creciente dependencia en la determinación de posición y de hora precisa como servicio internacional.
Funcionamiento
1. La situación de los satélites es conocida por el receptor con base en las efemérides (5 parámetros orbitales Keplerianos), parámetros que son transmitidos por los propios satélites. La colección de efemérides de toda la constelación se completa cada 12 min y se guarda en el receptor GPS. 2. El receptor GPS funciona midiendo su distancia a los satélites, y usa esa información para calcular su posición. Esta distancia se mide calculando el tiempo que la señal tarda en llegar al receptor. Conocido ese tiempo y basándose en el hecho de que la señal viaja a la velocidad de la luz (salvo algunas correcciones que se aplican), se puede calcular la distancia entre el receptor y el satélite. 3. Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie de la esfera, con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor. 4. Obteniendo información de dos satélites se nos indica que el receptor se encuentra sobre la circunferencia que resulta cuando se intersectan las dos esferas. 5. Si adquirimos la misma información de un tercer satélite notamos que la nueva esfera solo corta la circunferencia anterior en dos puntos. Uno de ellos se puede descartar porque ofrece una posición absurda. De esta manera ya tendríamos la posición en 3-D. Sin embargo, dado que el reloj que incorporan los receptores GPS no está sincronizado con los relojes atómicos de los satélites GPS, los dos puntos determinados no son precisos. 6. Teniendo información de un cuarto satélite, eliminamos el inconveniente de la falta de sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición 3-D exacta (latitud, longitud y altitud). Al no estar sincronizados los relojes entre el receptor y los satélites, la intersección de las cuatro esferas con centro en estos satélites es un pequeño volumen en vez de ser un punto. La corrección consiste en ajustar la hora del receptor de tal forma que este volumen se transforme en un punto.
Fiabilidad de los datos
Debido al carácter militar del sistema GPS, el Departamento de Defensa de los EE.UU. se reservaba la posibilidad de incluir un cierto grado de error aleatorio, que podía variar de los 15 a los 100 m. La llamada disponibilidad selectiva (S/A) fue eliminada el 2 de mayo de 2000. Aunque actualmente no aplique tal error inducido, la precisión intrínseca del sistema GPS depende del número de satélites visibles en un momento y posición determinados. Con un elevado número de satélites siendo captados (7, 8 o 9 satélites), y si éstos tienen una geometría adecuada (están dispersos), pueden obtenerse precisiones inferiores a 2,5 metros en el 95% del tiempo. Si se activa el sistema DGPS llamado SBS (WAAS-EGNOS-MSAS), la precisión mejora siendo inferior a un metro en el 97% de los casos. (Estos sistemas SBS no aplican en Sudamérica, ya que esta parte del mundo no cuenta con este tipo de satélites geoestacionarios) Fuentes de error
La posición calculada por un receptor GPS requiere el instante actual, la posición del satélite y el atraso metido de la señal recibido. La precisión es dependiente en la posición y atraso de la señal. Al introducir el atraso, el receptor compara una serie de bits (unidad binaria) recibida del satélite con una versión interna. Cuando se comparan los límites de la serie, las electrónicas pueden meter la diferencia a 1% de un tiempo BIT, o aproximadamente 10 nanosegundos por el código C/A. Desde entonces las señales GPS se propagan a la velocidad de luz, que representa un error de 3 metros. Este es el error mínimo posible usando solamente la señal GPS C/A. La precisión de la posición se mejora con una señal P(Y). Al presumir la misma precisión de 1% de tiempo BIT, la señal P(Y) (alta frecuencia) resulta en una precisión de más o menos 30 centímetros. Los errores en las electrónicas son una de las varias razones que perjudican la precisión
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Retraso de la señal en la ionosfera y la troposfera. Señal multirruta, producida por el rebote de la señal en edificios y montañas cercanos. Errores de orbitales, donde los datos de la órbita del satélite no son completamente precisos. Número de satélites visibles. Geometría de los satélites visibles. Errores locales en el reloj del GPS.
GPS Diferencial
El DGPS (Differential GPS), o GPS diferencial, es un sistema que proporciona a los receptores de GPS correcciones de los datos recibidos de los satélites GPS, con el fin de proporcionar una mayor precisión en la posición calculada. Se concibió fundamentalmente debida la introducción de la disponibilidad selectiva (SA). El fundamento radica en el hecho de que los errores producidos por el sistema GPS afectan por igual (o de forma muy similar) a los receptores situados próximos entre sí. Los errores están fuertemente correlacionados en los receptores próximos.
Un receptor GPS fijo en tierra (referencia) que conoce exactamente su posición basándose en otras técnicas, recibe la posición dada por el sistema GPS, y puede calcular los errores producidos por el sistema GPS, comparándola con la suya, conocida de antemano. Este receptor transmite la corrección de errores a los receptores próximos a él, y así estos pueden, a su vez, corregir también los errores producidos por el sistema dentro del área de cobertura de transmisión de señales del equipo GPS de referencia. En suma, la estructura DGPS quedaría de la siguiente manera:
Estación monitorizada (referencia), que conoce su posición con una precisión muy alta. Esta estación está compuesta por: Un receptor GPS Un microprocesador, para calcular los errores del sistema GPS y para generar la estructura del mensaje que se envía a los receptores. Transmisor, para establecer un enlace de datos unidireccional hacia los receptores de los usuarios finales. Equipo de usuario, compuesto por un receptor DGPS (GPS + receptor del enlace de datos desde la estación monitorizada).
Existen varias formas de obtener las correcciones DGPS. Las más usadas son:
Recibidas por radio, a través de algún canal preparado para ello, como el RDS en una emisora de FM. Descargadas de Internet, o con una conexión inalámbrica. Proporcionadas por algún sistema de satélites diseñado para tal efecto. En Estados Unidos existe el WAAS, en Europa el EGNOS y en Japón el MSAS, todos compatibles entre sí.
En los mensajes que se envían a los receptores próximos se pueden incluir dos tipos de correcciones:
Una corrección directamente aplicada a la posición. Esto tiene el inconveniente de que tanto el usuario como la estación monitora deberán emplear los mismos satélites, pues las correcciones se basan en esos mismos satélites. Una corrección aplicada a las pseudodistancias de cada uno de los satélites visibles. En este caso el usuario podrá hacer la corrección con los 4 satélites de mejor relación señal-ruido (S/N). Esta corrección es más flexible.
El error producido por la disponibilidad selectiva (SA) varía incluso más rápido que la velocidad de transmisión de los datos. Por ello, junto con el mensaje que se envía de correcciones, también se envía el tiempo de validez de las correcciones y sus tendencias. Por tanto, el receptor deberá hacer algún tipo de interpolación para corregir los errores producidos. Si se deseara incrementar el área de cobertura de correcciones DGPS y, al mismo tiempo, minimizar el número de receptores de referencia fijos, será necesario modelar las variaciones espaciales y temporales de los errores. En tal caso estaríamos hablando del GPS diferencial de área amplia. Con el DGPS se pueden corregir en parte los errores debidos a: Disponibilidad selectiva (eliminada a partir del año 2000). Propagación por la ionosfera - troposfera. Errores en la posición del satélite (efemérides).
Errores producidos por problemas en el reloj del satélite. Para que las correcciones DGPS sean válidas, el receptor tiene que estar relativamente cerca de alguna estación DGPS; generalmente, a menos de 1.000 km. La precisión lograda puede ser de unos dos metros en latitud y longitud, y unos 3 m en altitud. Aplicaciones del GPS en la actualidad
Navegador GPS de pantalla táctil de un vehículo con información sobre la ruta, así como las distancias y tiempos de llegada al punto de destino.
Navegación terrestre (y peatonal), marítima y aérea. Bastantes automóviles lo incorporan en la actualidad, siendo de especial utilidad para encontrar direcciones o indicar la situación a la grúa. Topografía y geodesia. Localización agrícola ( agricultura de precisión ), ganadera y de fauna. Salvamento y rescate. Deporte, acampada y ocio. Para localización de enfermos, discapacitados y menores. Aplicaciones científicas en trabajos de campo Geocaching , actividad deportiva consistente en buscar "tesoros" escondidos por otros usuarios. Se utiliza para rastreo y recuperación de vehículos. Navegación Deportiva. Deportes Aéreos: Parapente, Ala delta, Planeadores, etc. Existe quien dibuja usando tracks o juega utilizando el movimiento como cursor (común en los gps garmin). Sistemas de gestión y seguridad de flotas.
Mira (regla vertical) Es el dispositivo más utilizado para medir desniveles en el terreno, tiene 4m de altura y para las lecturas se debe mantener perfectamente vertical (nivel de ojo de pollo), es útil para levantar perfiles y puntos de detalle para configuración de los accidentes de un terreno.
Bibliografía Nombre: Topografía Autor Jack McCormac Editorial: Limusa, S.A. Grupo Noriega Editores
www.asifunciona.com/electronica/af_ gps/af_ gps _1.htm www.jcminstrumental.netfirms.com/teodolito.htm es.wikipedia.org/wiki/Estación _ total 25kusuarios.advance.com.ar/ingheinz/Estacion%20Total.htm www.fcaglp.unlp.edu.ar/.../Poligonacion_teoria.pdf www.encyclopaedia.es www.danotario.com www.micinn.es/mnct/exposicion/medir-entorno/agrimensura.html -
Introducción En la aplicación de la topografía, un levantamiento topográfico, se auxilia de diversos instrumentos para la medición de distancias horizontales, verticales, ángulos, rumbos, etc. Para lograr conocer este tipo de datos, la topografía hace uso de los teodolitos, brújulas, estaciones totales, niveles de precisión y GPS. Algunos de estos instrumentos hoy en día han sido reemplazados por otros. Tal es el caso de la brújula. Sin embargo, esto no significa que tenga menos importancia a la hora de realizar un tipo de medición. Por lo tanto, se enfocará por describir la forma de uso, y su aplicación de cada uno de los instrumentos antes mencionados.
Conclusiones
Actualmente, la topografía se auxilia de aparatos que permitan facilitar el trabajo de levantamientos topográficos, debido a esto hace uso de los teodolitos, existiendo estos de varias clases, siendo el más práctico, el teodolito eléctrico, se debe tomar en cuenta el uso correcto del teodolito para la obtención de datos correctos. Así mismo la topografía se auxilia de estaciones totales, que vienen a ser una combinación de un teodolito y un instrumento EDM utilizados por su precisión y rapidez en la obtención de datos, como la determinación de componentes horizontales y verticales de distancias inclinadas. Estos los podemos clasificar como Manuales, semiautomáticas, y automáticas. Seguidamente empleamos también los niveles de precisión, aparato que ayuda a determinar la diferencia de elevación entre dos puntos con la ayuda de un estadal, existiendo de diversas clases los cuáles pueden ser , niveles de mano, fijos, basculante y el más usado y recomendado los niveles eléctricos. Así mismo podemos mencionar el GPS que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de centímetros. El GPS funciona mediante una red de 27 satélites en órbita sobre el globo, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra Debe tomarse en cuenta que un GPS se auxilia del método de triangulación para la ubicación de puntos y medición de distancias. Por último se puede hacer mención a la brújula, instrumentos que usamos para obtener un rumbo o una dirección del lugar en donde nos encontramos, este instrumento ha sido casi sustituido por la nueva tecnología, como los teodolitos, estaciones totales y GPS, sin embargo, no se desprecia su uso, debido a que en algunas ocasiones puede necesitarse.
Recomendaciones
Actualizarse en la utilización de instrumentos topográficos para realizar cualquier tipo de levantamiento topográfico, con el fin de obtener mejores resultados. Tener el conocimiento necesario de la existencia de nuevos aparatos topográficos y la forma de uso de cada uno de ellos. Si en dado caso no es posible el uso de aparatos modernos, es necesario conocer otros métodos para la medición de cualquier terreno.
