ntrip

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA GEODÉSICA DEPARTAMENTO DE GEODESIA SUPERIOR

IMPLEMENTACIÓN DE MEDICIONES GNSS EN TIEMPO REAL NTRIP EN TRABAJOS CARTOGRÁFICOS CARTOGRÁFICOS Y CATASTRALES

Trabajo Especial de Grado para optar al título de Ingeniera Geodesta presentado por:

Agrim. Germay C. Barrios H. C.I. 18.723.277

Agrim. Ana I. Canga Q. C.I. 20.206.288

Tutor: Prof. MSc.-Ing. Víctor J. Cioce

Maracaibo, diciembre de 2012

Implementación de mediciones GNSS en Tiempo Real NTRIP en trabajos cartográficos y catastrales

mpl ementación mentación de medici mediciones ones GNSS en T i empo Real Real N TRI P en en tr t r abajos “ I mple ” car togr áf i cos y catastral catastr ales es

Firma: ______________________ Agrim. Germay Carolina Barrios Hernández C.I.: 18.723.277 Correo Electrónico: [email protected]

Firma: ______________________ Agrim. Ana Isabel Canga Quintero C.I.: 20.206.288 Correo Electrónico: [email protected]

Tutor: Pr of. M Sc.-I Sc.-I ng. Ví V íctor J. Ci oce

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Este Jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado “ I mple mpl ementación de M edici ones GNSS en Tiempo Real NTRIP en trabajos cartográficos y catastrales” presentado por la Agrim. Germay C. Barrios H., C.I. 18.723.277 y la Agrim. Ana I. Canga Q., C.I. 20.206.288 para optar al título de Ingeniera Geodesta en cumplimiento con lo establecido en el Reglamento de la Facultad, Titulo III, Capítulo III, Sección II.

Maracaibo, diciembre de 2012

JURADO

_________________________________ _____________________________ ____ Prof. MSc.-Ing. Víctor J. Cioce

_________________________________ _____________________________ ____ Prof. Dr.-Ing. Eugen Wildermann

_________________________________ _____________________________ ____ Prof. MSc.-Ing. Giovanni Royero

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DEDICATORIA A dos seres inigualables que marcaron un antes y un después en mi vida, sin ustedes ningún camino habría logrado recorrer.

A ti Jesús, por haberme tenido en tus planes desde antes de nacer, mostrando tu gran amor y bondad en cada instante vivido. Este logro tan importante para mi te lo entrego y dedico. Pon tus dones en mi corazón cada día, para así tener la templanza y fortaleza necesaria para seguir luchando y no desmayar.

A ti Mami, es tan difícil comprender y resignarse a aceptar la realidad de que no estás en estos momentos especiales. Me encantaría que fuera un sueño y despertar pero es mucho pedir no hay vuelta atrás, me dejaste un gran vació y más hoy, sin embargo ya comprendí que un día te volveré a ver y ya no habrá más despedidas. Se que estarás feliz, mis éxitos y triunfos son tuyos.

Germay

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DEDICATORIA A Dios, Por ser mi guía, mi camino, mi padre y amigo, sin ti nada fuese posible. Me diste la fuerza cuando más la necesitaba y con tu luz iluminaste mi entendimiento para hacerme una mujer sabia y fuerte ante las adversidades, pero sobre todo por darme la salud y la paciencia para culminar mi primera meta que cierra con este Trabajo Especial de Grado.

A mis Padres, Mami y Papi a ustedes va mi amor, un amor que se queda pequeño al lado del que ustedes me han regalado lleno de enseñanzas, gracias por su apoyo en cada momento de mi vida y por caminar a mi lado.

A Luis Rafael, Por ser mi mejor amigo, mi cómplice y mi amor, has estado conmigo desde el comienzo, nadie más que tú sabe lo que ha sido este largo camino, por regalarme tu amor, tu apoyo, tus consejos y tus palabras de aliento que me ayudaron cada día a salir adelante y a querer ser mejor persona. Te Amo.

A mis familiares y amigos, A mi abuelita Inés Delia que desde el cielo me regala su sonrisa y a mi abuelita Otilia por su empuje, a mi familia y amigos en general quienes entendieron que mi ausencia en sus momentos especiales se debió al esfuerzo y dedicación invertido en mi formación universitaria.

Ana Isabel

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AGRADECIMIENTOS Dar gracias permite expresar lo importante que es contar con la ayuda de otras personas, además de reconocer que solos no podremos llegar a alcanzar nuestras metas y objetivos. Estaré eternamente agradecida contigo Señor, tu aliento de vida me sostuvo cada día, nunca podre recompensar lo bueno que has sido. Infinitas gracias. Mami, Agusmay, Tía Marilyn, Papi, Tía Marlene, Tío Carlos, Mami Teresa han sido un pilar fundamental en mi vida, los amo. Gracias por estar siempre brindándome su apoyo en este sueño que hoy lo puedo ver materializado. Al resto de mi tías y primos ustedes también forman parte de este triunfo, muchas gracias. No tengo palabras para expresar lo que han significado para mi, Douglas Sánchez, Nilbeny Cano, Lenin Pirela, los adoro. Agradezco a la vida por brindarme la oportunidad tan linda de pasar junto a ustedes estos años de carrera. Gracias amigos, son muy importantes para mí, hasta el décimo semestre y más allá. Gracias además a esa persona tan especial que me dio el privilegio de compartir y realizar este trabajo de investigación juntas, a ti Ana Isabel Canga te agradezco por tenerme tanta paciencia y por estar siempre en los momentos cuando más te necesite. Te quiero. Me cobijaste durante estos casi 6 años dándome las herramientas para formarme como una profesional excelente, poniendo en mi camino docentes que marcan la diferencia. Gracias Universidad del Zulia seguiré el camino luchando cada día para dejar tu nombre en alto donde quiera que vaya. Además a ti Venezuela país hermoso donde nací y me formé, gracias. Por último y no menos importante a todas las personas que contribuyeron para la realización de este Trabajo Especial de Grado, ya que sin su gran ayuda nada de esto sería posible, en especial a usted Profesor Víctor Cioce quien con sus conocimientos, paciencia y dedicación nos brindó las herramientas necesarias para el desarrollo y la culminación de esta investigación, muchas gracias. Dios los colme de muchas bendiciones.

Germay VI


AGRADECIMIENTOS A Dios por estar presente en cada paso de mi vida y por ser el invitado de honor en este triunfo. A mi Mamá y a mi Papá por brindarme su amor incondicional, gracias por sembrar en mí la semilla de la educación, esa que una vez ustedes sembraron en sus alumnos. Este es solo el comienzo. A mi amiga y compañera de tesis, Germay Barrios por asumir el compromiso de hacer una tesis de calidad, por su apoyo, compañía, paciencia y comprensión durante los meses invertidos en la realización de la misma. A la Universidad del Zulia especialmente a la Escuela de Ingeniería Geodésica por abrirme sus puertas para convertirme en una profesional y de la cual me siento orgullosa de egresar. Al Departamento de Geodesia Superior especialmente a nuestro tutor el Prof. Víctor Cioce por invertir su tiempo, sus conocimientos y su confianza en nosotras, gracias por orientarnos en el camino de la investigación de calidad. Extendiendo el agradecimiento a Rodbher Ceballos, Ángel Pineda, Israel Fuenmayor, Miguel Espinoza y Dhanniela Espinoza. A la familia Suárez Urdaneta, de quienes aprendí que el que persevera alcanza y no una meta o dos sino todo lo incontable e intangible. Gracias por el apoyo y recepción. A los amigos con los que compartí toda la carrera universitaria y más, juntos aprendimos lecciones de vida y nos regalamos momentos inolvidables, muy especialmente a mi amiga y hermana Yessika Gutiérrez por regalarme una amistad que traspasó los pasillos de la Facultad de Ingeniería y por su apoyo brindado durante la elaboración de esta tesis, gracias a cada uno de ustedes por formar parte de mi vida. Ana Isabel

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Barrios H. Germay C. y Canga Q. Ana I. “Implementación de mediciones GNSS en Tiempo Real NTRIP en trabajos cartográficos y catastrales”. (2012). Trabajo Especial de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Geodésica. Maracaibo, Venezuela.

RESUMEN

La implementación de técnicas de medición GNSS en tiempo real que permitan a los usuarios obtener un posicionamiento preciso, generando reducción de costos y optimizando la adquisición de los datos, es una alternativa viable en comparación con otras técnicas de medición GPS estándar, para trabajos de producción; como por ejemplo aquellos propios de la Cartografía y el Catastro, indispensables para el ordenamiento territorial. El avance tecnológico en el área de telecomunicaciones ha permitido el surgimiento del protocolo NTRIP ( Network Transport RTCM Internet Protocol ) que ofrece la posibilidad de transmitir y recibir correcciones diferenciales a través de Internet con la ayuda de dispositivos móviles. En Venezuela diferentes entes públicos y privados han venido realizando observaciones GNSS con NTRIP de forma experimental, lo cual ha impulsado la evaluación de la misma en la ciudad de Maracaibo y su periferia, donde se demostró la operatividad de la tecnología en puntos ubicados a distancias variables respecto al caster IGS-MARA, generando así un aporte en cuanto a los avances de las aplicaciones GNSS. Se ejecutaron un conjunto de pruebas que permitieron determinar la calidad de este tipo de estimaciones en el ámbito urbano y rural por medio de la comparación con observaciones GPS de tipo estático diferencial postprocesado. A partir de los resultados se comprueba que en cualquier lugar con cobertura telefónica móvil y con equipos de una frecuencia se logran precisiones de ±0,10m en áreas urbanas y de ±0,30m en áreas rurales, suficiente para los tipos de levantamientos ejecutados puesto que no superan la tolerancia establecida por la Ley de Geografía, Cartografía y Catastro Nacional, indicando valores de ±0,20m para el área urbana y ±0,50m para el ámbito rural, por lo que se demuestra que la implementación del GNSS NTRIP en trabajos cartográficos y catastrales proporciona ventajas en términos económicos y técnicos.

Palabras clave: GNSS, NTRIP, Cartografía, Catastro.

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Barrios H. Germay C. y Canga Q. Ana I. “Implementation of Real -Ti me GNSS NT RI P measur ements in Cartogr aphy and Cadastr e ” . Trabajo Especial de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Geodésica. Maracaibo, Venezuela.

ABSTRACT

The implementation of GNSS measurement techniques in real time, allow users to obtain precise positioning, generating cost savings and optimizing data adquisition, is a viable alternative compared to other standard GPS measurement techniques for production works, such as those typical of Cartography and Cadastre, indispensable for land. Technological advances in the area of telecommunications has allowed the emergence of NTRIP (Network Transport RTCM Internet Protocol) that provides the ability to transmit and receive differential corrections via Internet with the help of mobile devices. In Venezuela different public and private entities have been doing with NTRIP GNSS observations experimentally, which has prompted its evaluation in the city of Maracaibo and its periphery, where it demonstrated the operability of technology in located points at varying distances due to the IGS-MARA caster, generating a contribution in terms of advances in GNSS applications. He executed a number of tests that allowed us to determine the quality of these estimates in the urban and rural zones in comparison with the observations of static differential GPS postprocessing. According to results; it is found that anywhere with mobile phone coverage and frequency equipment accuracies of ± 0.10 m in urban areas and ± 0.30 m are achieved in rural areas, enough to survey executed types, since they did not exceed the limits established by the Geography, National Mapping and Cadastre laws, indicating values of ± 0.20 m for urban areas and ± 0.50 m for rural areas, so it is shown that the use of GNSS NTRIP is applicable to cartographic and cadastral works providing advantages in technical and economic terms.

Key words: GNSS, NTRIP, Cartography, Cadastre.

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INDICE GENERAL Pág . II III IV VI VIII IX X XI XIII XIII 2 4 4 5 6 9 9 10 15 19 22 24 28 32 33 39 39 45 47 54 59 64

FRONTISPICIO……………………………………………………………………….….….. PÁGINA DE EVALUACIÓN……………………………………………………………….. DEDICATORIA……………………………………………………………………………... AGRADECIMIENTOS…………………………………………………………………….… RESUMEN…………………………………………………………………….…………....... ABSTRACT…………………………………………………………………….……………. NDICE GENERAL……………………………………………………………………….…. INDICE DE FIGURAS…………………………………………………………………….… INDICE DE TABLAS………………………………………………………….…………...... SIGLAS Y ABREVIATURAS………………………………………………………………. 1. Introducción…………………………………………………………………………………. 1.1 Objetivos……………………………………………………………………………...….. 1.2 Justificación de la investigación……………………………………………………...….. 1.3 Metodología empleada………………………………………………………………...…. 1.4 Alcances y limitaciones……………………………………………………..…………… 2. Generalidades sobre el protocolo NTRIP …………………………………………………. 2.1 Avances del GNSS-TR aplicado a la Cartografía y el Catastro…………………..……... 2.2 NTRIP: Definición y funcionamiento………………………............................................ 2.2.1 Hardware y Software NTRIP………………………………………………………… 2.2.2 Formato RTCM……………………………………………………………………...... 2.2.3 Redes móviles vía IP aplicables al NTRIP en Venezuela…………………………..... 2.2.4 Limitantes en las mediciones GNSS- NTRIP………………………………………… 2.3 GNSS- NTRIP en Latinoamérica…………………………………………………………. 2.4 Avances del NTRIP en Venezuela………………………………………………………. 2.5 Situación actual de la cartografía y catastro en la ciudad de Maracaibo…………………. 3. Adquisición geoespacial realizada con GPS-NTRIP ……………………………………… 3.1 Consideraciones para la ejecución de mediciones GPS- NTRIP………………………… 3.2 Evaluación operativa de la tecnología NTRIP…………………………………………… 3.3 Levantamientos sobre líneas base de 3Km……………………………………………...... 3.4 Levantamientos sobre líneas base de 6Km……………………………………………...... 3.5 Levantamientos sobre líneas base de 7Km………………………...................................... 3.6 Levantamientos sobre líneas base mayores a 12Km………………….………………..… 4. Aspectos a considerar para la implementación del NTRIP en operaciones cartográficas y catastrales………………………………………………………………………………….. 71 4.1 Aplicación en trabajos catastrales…………………………………………………..……. 72 4.2 Aplicación en trabajos cartográficos…………………………………..………………..... 77 4.3 Consideraciones f inales……………………………………………………..…………..... 80 CONCLUSIONES………………………………………………………………………….… 83 RECOMENDACIONES……………………………………………………………………... 86 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………………………...... 88

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INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Figura 2: Figura 3: Figura 4: Figura 5: Figura 6: Figura 7: Figura 8: Figura 9: Figura 10: Figura 11: Figura 12: Figura 13: Figura 14: Figura 15: Figura 16 Figura 17: Figura 18: Figura 19: Figura 20: Figura 21: Figura 22: Figura 23: Figura 24: Figura 25: Figura 26: Figura 27: Figura 28: Figura 29: Figura 30: Figura 31: Figura 32a: Figura 32b: Figura 33: Figura 34:

Componentes del NTRIP…………………………………………………………….……… Dispositivos utilizados para NTRIP…………………………………………………………. Hardware utilizados por los componentes del NTRIP ……………………………………….. Estructura de las redes de cobertura c elular…………………………………………….…… Red de Estaciones IGS-IP……………………………………………………………………. Estaciones RAMSAC-NTRIP……………………………………………………………….. Red del servicio de posicionamiento en tiempo real RBMC-IP del IBGE ………………….. Red Geodésica Nacional Activa de Uruguay (REGNA-ROU) …………………………….... Estaciones REMOS con opción NTRIP……………………………………………………… Indicadores de penetración de telefonía m óvil en Venezuela……………………………..… Mapas de cobertura GSM y 3G de la operadora Movistar en la zona de estudio.. ………….. Mapa de cobertura 3G de la operadora Digitel en la zona de estudio….……………………. Mapa de cobertura GSM de la operadora Movilnet en la zona de estudio………….…….…. Equipos celulares utilizados………………………………………………………………..… Magellan ProMark3………………………………………………………………………..… Combinación de dispositivos utilizando el receptor GPS ProMark3 ………………………... Parroquias seleccionadas para las pruebas………………………………………………….... Disposición geométrica de puntos respecto a la estación MARA …………...……………..... Ubicación relativa entre MARA y el lugar del levantamiento a 3Km…..…………………… Conjunto Residencial Tierra del Sol II , Calle 79E…………………………………...…….... Medición de punto límite de los inmuebles ………………………………………………..… Ubicación relativa de los puntos levantados en la calle 79E……………………………… .... Comparación de la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP (3, 5, 10, 15 épocas) a una distancia de 3,2Km………….......…………………………………………….. Comparación de la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP (3, 5, 10, 15 épocas) a una distancia de 3,2Km……………………………...……………………………. Comparación de la componente Altura obtenida con estático-rápido y NTRIP (3, 5, 10, y 15 épocas) a una distancia de 3,2Km………………………………………….…………….. Comparación de la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP (20, 25, y 30 épocas) a una distancia de 3,2Km………………………………………………………..…... Comparación de la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP (20, 25, y 30 épocas) a una distancia de 3,2Km………………………………………………………..…... Comparación de la componente Altura obtenida con estático-rápido y NTRIP (20, 25, y 30 épocas) a una distancia de 3,2Km……………………………………………………….…... Diferencias entre cada componente con respecto a las épocas de medición para la prueba a una distancia de 3,2Km……………..……………………………………………………….. Comparación entre distancias medidas con cinta y distancias calculadas (Estático Rápido/ NTRIP). Prueba a 3Km………………………………………………………………………. Ubicación relativa entre la estación de referencia y el lugar del levantamiento ( Residencias Terra Norte)………………………………………………………………………………..… Medición del Punto CD01………………………………………………………………….... Medición del Punto CD02……………............................................................................... ...... Ubicación relativa de los puntos levantados en Residencias Terra Norte…………………… Comparación de la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP a una

Pág. 13 13 16 27 29 30 31 31 37 40 41 41 42 43 45 46 47 47 47 48 49 49 51 51 51 52 52 52 53 54 55 55 55 55 57 XI


Figura 35: Figura 36: Figura 37: Figura 38: Figura 39: Figura 40: Figura 41: Figura 42: Figura 43: Figura 44: Figura 45: Figura 46: Figura 47: Figura 48: Figura 49: Figura 50: Figura 51: Figura 52: Figura 53: Figura 54: Figura 55: Figura 56: Figura 57: Figura 58: Figura 59: Figura 60a: Figura 60b: Figura 61: Figura 62: Figura 63:

distancia de 5,8Km…………………………………………………………………………… Comparación de la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 5,8Km……………………………………………...…………………………………….... Comparación de la componente Altura obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 5,8Km………………………………………………..…………………………. Diferencias en cada componente con respecto a las épocas de medición para la prueba a una distancia de 5,8Km…………………………...………………………………………….. Comparación entre distancias medidas con cinta y distancias calculadas (estático -rápido/ NTRIP). Prueba a 6Km………….…………………………………………………………… Ubicación relativa entre la estación de referencia y el lugar del levantamiento (inmueble, Sector Libertador)……………………………………………………………………………. Puntos medidos en la fachada de la Casa # 79G- 49…………………………………………. Medición del punto CI01…………………………………………..………………………… Ubicación relativa de los puntos levantados en la Casa # 79G- 49………………………..… Comparación de la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 7,0Km…………………………………………………………………………… Comparación de la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 7,0Km………………………………………………………………………….……..….... Comparación de la componente Altura obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 7,0Km………………………………………………………………….…..……. Diferencias obtenidas para cada componente con respecto a las épocas de medición para la prueba a una distancia de 7,0Km………………………………………………………….. Comparación entre distancias medidas con cinta y distancias calculadas (estático-rápido/ NTRIP). Prueba a 7,0Km……………………………………………………………………. Ubicación relativa entre la estación de referencia y el lugar del levantamiento (Escuela, Sector Carabobo)……………………………………………………………………………. Ubicación del punto levantado CO01……………………………………………………….. Ubicación relativa entre la estación de referencia y el lugar del levantamiento (Playa APUZ)…………………………………………………………………………………….… Ubicación del punto levantado APU2…………………………………………………….... Medición del punto APU2………………………………………………………………..… Comparación para la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP para los puntos CO10 y APU2………………………………………………………….…………….. Comparación para la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP para los puntos CO10 y APU2………………………………..………………………………………. Comparación para la componente Altura obtenida con Estático Rápido y NTRIP para los puntos CO10 y APU2……………………………………..……………………………….… Residuales obtenidos entre NTRIP y estático-rápido según la distancia de la línea base …… Vértices del Inmueble en el Sector Libertador……………………………………………..… Verificación de linderos para actualización del mapa digital-inmueble en el Sector Libertador …………………………………………………………………………………….. Actualización cartográfica/catastral. R esidencias Terra Norte……………………………… Actualización catastral, Conjunto Residencial Tierra del Sol II………………………… ...… Plano Arquitectónico, Conjunto Residencial Tierra del Sol II………………………………. Puntos digitalizados sobre el Imagery. Residencias Terra Norte…………………………….. Puntos digitalizados sobre el Imagery. Inmueble, Sector Libertador …………………....... .... Puntos digitalizados sobre el Bing MapAerial. Conjunto Residencial Tierra del Sol II ……...

57 57 58 59 60 60 61 61 62 62 62 63 63 64 65 65 66 66 67 67 68 69 74 75 76 76 79 79 79 XII


INDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1: Tabla 2: Tabla 3: Tabla 4: Tabla 5: Tabla 6: Tabla 7: Tabla 8: Tabla 9: Tabla 10: Tabla 11: Tabla 12: Tabla 13: Tabla 14: Tabla 15:

Hardware empleado para cada componente de NTRIP ……………………………………... Software libres para NtripCaster ………………….………………………………………… Software NtripClient …………………………………………………………………......…. Software comerciales que soportan el protocolo NTRIP………………………………….... Estructura del formato RTCM 2.3…………………………………………………...……… Descripción de las distintas versiones del f ormato RTCM ………..……………………….. Descripción de las tecnologías móviles disponibles en Venezuela……… .………………… Distancias de las línea base establecidas en cada prueba …………………..……………….. Precisión de las mediciones GPS-NTRIP a una distancia de 3,2Km ……………………….. Precisión de las mediciones GPS-NTRIP a una distancia de 5,8Km ……….………………. Precisión de las mediciones GPS-NTRIP a una distancia de 7,0Km ……….………………. Precisión de las mediciones GPS- NTRIP a una distancia de 13,8K……….……………...... Precisión de las mediciones GPS-NTRIP a una d istancia de 22,7Km…….……………....... Desplazamiento de coordenadas medidas con NTRIP y con estático-rápido, respecto al Sistema Plano Catedral……………………………………………………………………… Comparación de distancias medidas en CAD con respecto a las distancias descritas en el Plano Arquitectónico…………………………………………………………………...……

16 17 18 18 21 21 23 46 50 56 61 66 67 75 77

SIGLAS Y ABREVIATURAS BKG: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie ( Agencia Federal de Cartografía y Geodesia de Alemania). CDMA: Code Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Código) CPAGS-LUZ: Centro de Procesamiento y Análisis GNSS SIRGAS de la Universidad del Zulia. DGNSS: Diferencial Global Navigation Satellite Systems (Sistema Global de Navegación Satelital Diferencial). DGPS: Diferencial Global Positioning System (Sistema de Posicionamiento Global Diferencial). DICAT: Dirección de Catastro de la Alcaldía de Maracaibo. EBRF: Estación Radio Base de Referencia. EDGE: Enchanced Data rates for Global Evolution (Tasa de datos mejorada para la evolución GSM). EM: Estación Móvil EUREF-IP: European Reference Frame- Internet Protocol (Marco de Referencia Europeo - Protocolo Internet). EV-DO: Evolution-Data Optimized (Evolución de Data Optimizada). GLONASS: Global´naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (Sistema Global de Navegación por Satélites). GNSS: Global Navigation Satellite System (Sistema Global de Navegación por Satélites). GNSS-TR: Global Navigation Satellite System-Real Time (Sistema Global de Navegación por Satélites en Tiempo Real). GPRS: General Packet Radio Service (Servicio de Paquetes Vía Radio). GPS: Global Positioning System (Sistema de Posicionamiento Global). XIII


GSM: Global System for Mobile Communications (Sistema Global para Comunicaciones Móviles). HRMS: Horizontal Root mean Square (Error Medio Cuadrático en Componente Horizontal). HSPA: High-Speed Packet Access (Acceso de paquetes de alta velocidad). HTTP: Hipertext Transfer Protocol (Protocolo de Transferencia de Hipertexto). IGS: International GNSS Service (Servicio GNSS Internacional). IGVSB: Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar. IP: Internet Protocol (Protocolo de Internet). LGFS: Laboratorio de Geodesia Física y Satelital. MECINCA: Mediciones Científicas e Industriales C.A. NMEA: National Marine Electronics Association (Asociación Nacional Marina de Electrónica). NTRIP: Network Transport of RTCM vía Internet Protocol (Red de Transporte de RTCM a través de protocolo de Internet). PC: Personal Computer (Computador personal). PDA: Personal Digital Assistant (Asistente Digital Personal). PDVSA: Petróleos de Venezuela Sociedad Anónima. REGVEN: Red Geocéntrica Venezolana. REMOS: Red de Estaciones de Monitoreo Satelital GPS. RINEX: Receiver Independent Exchange Format (Formato de Intercambio Independiente del Receptor). RMS: Root mean Square(Raíz Media Cuadrática). RPC: Pseudorange Correction (Corrección de Pseudodistancia) RTCM: Radio Technica lComission for Maritime Services (Comisión Radio Técnica de Servicios Marítimos). RTK: Real Time Kinematic (Tiempo Real Cinemático). SIG: Sistemas de Información Geográfica. SIRGAS: Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas. SIRGAS-TR: Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas en Tiempo Real. TCP: Transmission Control Protocol (Protocolo de Control de Transmisión). UHF: Ultra High Frecuency (Frecuencias Ultra Altas). UMTS: Universal Mobile Telecommunications System(Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles). VRMS: Vertical Root Mean Square (Error Medio Cuadrático en Componente Vertical). W-CDMA: Wideband Code Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha).

XIV


1. INTRODUCCIÓN 1


1. INTRODUCCIÓN La importancia de las mediciones GNSS ha venido creciendo de forma exponencial en los últimos años dentro de la comunidad geodésica mundial, desarrollándose esta técnica como herramienta fundamental en la ejecución de distintos proyectos de investigación y principalmente de producción, que exigen mejores precisiones en la determinación de información geoespacial, es por esta razón que el modo diferencial Real Time Kinematic (RTK) y el Sistema de Posicionamiento Global Diferencial (DGPS) son muy utilizados en aplicaciones dentro de los Sistemas de Información Geográfica (SIG), Agricultura de Precisión, Cartografía, Topografía, Catastro, entre otros [Alvarez, 2010]. La alta producción que demanda este tipo de aplicaciones puede lograrse gracias al avance del GPS/GNSS y el desarrollo de las telecomunicaciones a través de la Internet, ofreciendo a los usuarios una nueva opción para obtener coordenadas tridimensionales, referidas a un marco geocéntrico global y de alta calidad en tiempo real [Hoyer et al ., 2010]. En este sentido, proyectos como el SIRGAS Real Time (SIRGAS-RT) han sido iniciados con la finalidad de investigar los fundamentos y aplicaciones de la distribución de datos GNSS en Tiempo Real aprovechando el protocolo NTRIP. Países como Argentina, Brasil, Uruguay y Venezuela comenzaron a instalar casters capaces de emitir correcciones DGPS/RTK en formato estándar RTCM y así poder realizar observaciones en tiempo real que incrementen la producción en labores geodésicas, geomáticas, topográficas y cartográficas en comparación con modalidades GPS/GNSS estándar como el RTK [SIRGAS, 2012]. En Venezuela a partir del año 2007 la empresa privada Mediciones Científicas e Industriales C.A. (MECINCA) ofreció sus primeras experiencias con NTRIP, obteniendo resultados exitosos, así mismo la modernización de la plataforma observacional de la estación SIRGASREGVEN-REMOS Maracaibo (MARA), permitió iniciar estudios asociados al referido protocolo y sus aplicaciones sobre líneas bases cortas, medias y largas realizadas por el Laboratorio de Geodesia Física y Satelital de la Universidad del Zulia (LGFS-LUZ), con receptores GPS de simple y doble frecuencia. Por su parte la empresa Petróleos de Venezuela, 2


Sociedad Anónima (PDVSA) realizó investigaciones adicionales y mediciones de prueba que permitieron evaluar sus posibles aplicaciones dentro de la industria. Sin embargo, el desarrollo y uso de esta tecnología en nuestro país ha sido lento debido a que no se cuenta con una red de estaciones de observación GNSS moderna y consolidada capaz de transmitir correcciones en tiempo real, a pesar de esto el caster de la estación MARA ha permitido la evaluación de esta tecnología en la ciudad de Maracaibo. Con este Trabajo Especial de Grado se desarrolló el proceso de implementación de la tecnología NTRIP en trabajos cartográficos y catastrales considerando el uso de receptores GPS de frecuencia simple, demostrando así su efectividad por medio de la comparación con observaciones de tipo estático diferencial postprocesado. Se espera así que esta novedosa modalidad de observación pueda ser difundida y aceptada por la comunidad de usuarios y autoridades competentes. El mismo parte de una breve introducción sobre la investigación, donde se presenta su objetivo central y aquellos específicos, así como la metodología empleada para su logro. Seguidamente, se presentan los fundamentos teóricos relacionados con el GNSS NTRIP, abarcando desde sus antecedentes a nivel nacional e internacional así como sus aplicaciones. Se hace referencia a la situación actual de la Cartografía y el Catastro en Venezuela específicamente en el área de prueba (Maracaibo-Edo. Zulia), basada en el estado de los procesos que permiten la obtención de productos en estas áreas. Posteriormente se describe la implementación del GPS/GNSS NTRIP y el diseño de las pruebas aplicadas con los dispositivos requeridos por el mismo para la adquisición de la información geoespacial. Así se da paso a las consideraciones y aspectos que se deben tomar en cuenta para la ejecución de mediciones en tiempo real NTRIP para trabajos cartográficos y catástrales. Los resultados de esta investigación certifican que la tecnología NTRIP bajo un ambiente dotado con una cobertura telefónica amplia y eficiente en cuanto a la accesibilidad a Internet, es capaz de ofrecer calidades centimétricas aptas para cualquier trabajo cartográfico y 3


catastral, su empleo se irá incrementando a medida que el desarrollo tecnológico en Venezuela avance y se disponga de una red de estaciones permanentes que cubra todo el territorito nacional, permitiendo así la máxima explotación de sus ventajas y otras modalidades en tiempo real.

1.1. OBJETIVOS Objetivo general Demostrar la aplicabilidad del GNSS-NTRIP en la adquisición de información geoespacial destinada a Cartografía y Catastro.

Objetivos específicos a. Estudiar el avance y estado actual del GNSS en tiempo real en lo que respecta al NTRIP principalmente. b. Evaluar las bondades del GNSS-NTRIP en términos de disponibilidad, calidad y eficiencia en función de las posibles aplicaciones cartográficas y catastrales en Venezuela. c. Realizar mediciones GNSS-NTRIP de carácter relativo para la adquisición de información geoespacial sobre un área de prueba. d. Analizar los resultados del posicionamiento NTRIP a partir de comparaciones con otros procedimientos GNSS en el marco de aplicaciones cartográfica y catastral.

1.2. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN Los trabajos de adquisición geoespacial realizados en la región, se sustentan en métodos convencionales o bien en la incorporación de la técnica satelital GPS, esta última en sus modalidades estático-rápido postprocesado o bien en tiempo real.

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En la actualidad el mejoramiento continuo de los modos de medición GNSS en Tiempo Real (GNSS-TR) se ve influenciado por la evolución tecnológica, permitiendo optimizar cada una de las actividades implementadas para adquisición geoespacial a nivel mundial. Uno de los avances de mayor relevancia en el campo de las mediciones en tiempo real ha sido el desarrollo del protocolo NTRIP, ofreciendo ventajas en cuanto a exactitudes, cobertura de la señal de corrección, aumento de la longitud de línea base, simplicidad en la ejecución, reducción de costos, entre otros, ya que en estos aspectos otros modos de medición en tiempo real como OmniSTAR o el RTK estándar implican ciertas desventajas: un costo de suscripción, necesidad de accesorios instrumentales adicionales, no recepción de la señal de corrección diferencial durante la medición y otros. Por tal razón se toma la iniciativa de evaluar la modalidad GPS NTRIP en la ciudad de Maracaibo-Estado Zulia, orientando su aplicación a trabajos cartográficos y catastrales comunes, realizados generalmente por distintos entes públicos y privados, demostrando así la viabilidad y las numerosas ventajas que ofrece el uso del protocolo en dichas áreas. La importancia de este Trabajo Especial de Grado reside en ser un estudio innovador en la aplicación y evaluación de la tecnología NTRIP para la Cartografía y el Catastro en el Estado Zulia siendo replicable y extendido al resto del país, lo que permitirá estar a la vanguardia con los avances aplicados a nivel mundial en cuanto a mediciones en tiempo real se refiere, abriendo paso a una posible actualización de los procesos de adquisición en esta materia.

1.3. METODOLOGÍA EMPLEADA Durante la ejecución de esta investigación se implementó la tecnología NTRIP buscando evaluar su funcionamiento bajo distintas condiciones y ambientes de trabajo, ligadas a las actividades geodésicas desarrolladas en el campo cartográfico y catastral, y así poder determinar la factibilidad y optimización de las técnicas empleadas en la adquisición de datos geoespaciales. El trabajo se llevó a cabo siguiendo la metodología indicada: 5


a. Búsqueda y revisión bibliográfica disponible referente a mediciones en tiempo real y NTRIP. b. Manipulación y manejo de las herramientas e instrumental disponible en el Departamento de Geodesia Superior de la Universidad del Zulia, necesarias para la realización del trabajo. c. Planificación y ejecución de mediciones GPS-NTRIP y comparación con otros modos de medición (estático-rápido). d. Análisis de los resultados para demostrar la potencialidad del NTRIP en Cartografía y Catastro. e. Desarrollo de los aspectos a considerar al momento de implementar el NTRIP en trabajos cartográficos y catastrales dentro del área estudio. f. Elaboración de conclusiones y recomendaciones de acuerdo a los resultados, considerando los alcances de la investigación.

1.4. ALCANCES Y LIMITACIONES El desarrollo de este trabajo, permitió evaluar el funcionamiento, exactitudes y aplicaciones en el ámbito cartográfico y catastral del protocolo NTRIP para asistir mediciones GPS; por medio de los resultados derivados se determinó su utilidad en las distintas actividades ejecutadas por la comunidad geodésica de la ciudad de Maracaibo asociadas con la adquisición geoespacial demostrando cada una de las ventajas que ofrece esta tecnología en cuanto a ahorro de tiempo y de personal con respecto a otras que se han venido desarrollando. En nuestro país no se dispone de antecedentes suficientes sobre la aplicación de esta tecnología en el ámbito de estudio, esto es debido a la desactualización que existe en cuanto a técnicas modernas de mediciones satelitales en tiempo real por parte de los entes públicos y privados venezolanos. Las pruebas de campo se realizaron con el apoyo prestado por el Departamento de Geodesia Superior de la Escuela de Ingeniería Geodésica y el Centro de Procesamiento y Análisis 6


GNSS SIRGAS de la Universidad del Zulia (CPAGS-LUZ), quienes pusieron a disposición las herramientas e instrumental necesario para la ejecución de las mediciones. Debido a que el equipo utilizado es de frecuencia simple, el alcance de la presente investigación se restringió a zonas urbanas y suburbanas que no excedieran la longitud de línea base soportada por el mismo. Se evaluaron las plataformas tecnológicas disponibles en el área de estudio, en lo que refiere a cobertura de telefonía celular y eficacia en la trasmisión y recepción de paquetes de datos detectando fallas en zonas rurales y suburbanas en las que solo hubiese sido posible la realización de las mediciones con equipos de doble frecuencia capaces de alcanzar longitudes de líneas bases largas.

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2. GENERALIDADES SOBRE EL PROTOCOLO NTRIP 8


2. GENERALIDADES SOBRE EL PROTOCOLO NTRIP En la siguiente sección se hace referencia a los avances del GNSS-TR, así como a la definición y funcionamiento de la tecnología NTRIP para la distribución de datos GNSS vía Protocolo de Transferencia de Hipertexto (HTTP) a través de la Internet, este es compatible con dispositivos móviles y es utilizado para el transporte de correcciones diferenciales a una gran capacidad de usuarios con el objetivo de mejorar el posicionamiento satelital. Además se describen sus ventajas y limitaciones, la estructura de sus componentes, entre otros, tomando en cuenta a su vez los aspectos más relevantes sobre sus avances a nivel nacional e internacional, con la finalidad de conocer las condiciones bajo las cuales se puede aplicar esta tecnología de forma correcta en trabajos enfocados a la cartografía y el catastro.

2.1. AVANCES DEL GNSS-TR APLICADO A LA CARTOGRAFÍA Y CATASTRO Las mediciones GNSS-TR permiten el posicionamiento en cualquier parte del mundo contando con receptores apropiados, los cuales procesan las señales emitidas por los satélites y proporcionan las coordenadas tridimensionales de puntos sobre la superficie de la Tierra en el mismo instante de la observación. Este tipo de mediciones han venido evolucionando al incorporar las nuevas tecnologías en materia de telecomunicaciones, al instrumental GNSS, lo que permite tener una favorable actividad de campo en cuanto al proceso de captura, almacenamiento, cálculo, transmisión de los datos y representación gráfica de los mismos, obteniendo así un producto final con mayor precisión y rapidez [Pachas, 2009]. Los usuarios de la comunidad geodésica pueden utilizar esta valiosa herramienta en aplicaciones como levantamientos parcelarios con fines catastrales y recolección de información geoespacial para la generación de cartografía a diferentes escalas. Es por ello que la medición en tiempo real se ha convertido en una alternativa viable, que por medio de la recepción de correcciones diferenciales emitidas desde una estación de referencia que provee 9


soluciones fijas instantáneas hacia estaciones móviles, proporciona precisiones que pueden llegar al nivel centimétrico [Quintanilla et al ., 2004]. En general, los avances que resaltan en materia cartográfica y catastral aplicando técnicas de medición en tiempo real se han dado a nivel mundial con una amplia aceptación, experiencias reportadas en varios países coinciden en el alcance de exactitudes centimétricas en cuanto a posición y altura de puntos levantados, haciendo del proceso de adquisición geoespacial algo más flexible y común. En consecuencia, el postproceso GNSS y el RTK estándar, es decir, aquel sustentado en el uso de radio modem para la transmisión/recepción de las correcciones diferenciales, han quedado desplazados ante la amplia variedad de opciones que el tiempo real está ofreciendo hoy en día. No solo se habla del NTRIP y su implementación en posicionamiento absoluto o relativo, sino también de las soluciones de red, i.e. VRS, FKP, MAC. Todas ellas ofrecen niveles de calidad en el orden del centímetro, sin las complicaciones propias de las modalidades mencionadas al inicio. La tendencia apunta hacia el desarrollo y consolidación de las estimaciones en tiempo real, siendo las aplicaciones que demanden producción, las más beneficiadas.

2.2. NTRIP: DEFINICIÓN Y FUNCIONAMIENTO En septiembre de 2004, el Comité Especial 104 de la Comisión Radio Técnica para Servicios Marítimos, completó un nuevo estándar que define un protocolo para la transmisión de datos GNSS a usuarios fijos o móviles a través de Internet llamado "Red de Transporte de RTCM a través del Protocolo de Internet (NTRIP por sus siglas en inglés)", basado en el http y que permite simultáneamente conexiones a PC, Laptop, PDA, o a un receptor de radiodifusión, además soporta el acceso inalámbrico a la red a través de IP móvil como GSM, GPRS, EDGE o UMTS. El desarrollo del NTRIP fue iniciado por la Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) y la Universidad de Dormundt, en el marco del Proyecto Piloto EUREF-IP [Weber et al ., 2005].

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La generación de correcciones diferenciales se realiza directamente en un receptor GNSS o mediante un conjunto de observaciones procedentes de una red de observación continua. El flujo de datos es enviado a un servidor que hace posible el acceso de los mismos a través de Internet por medio del protocolo adecuado, un usuario móvil puede acceder a estos mediante un teléfono móvil (utilizando un programa cliente que accede a la dirección IP del servidor) para proporcionar éstos al receptor GNSS. La distancia entre la estación de referencia y el cliente se divide en dos, una que conecta la estación GNSS con el servidor y la otra que conecta éste con el usuario [Weber et al ., 2005]. Aplicado al posicionamiento geodésico con GNSS, el NTRIP permite la transmisión de correcciones diferenciales bajo el mismo principio de las mediciones en tiempo real, con la ventaja de poder aumentar la longitud de las líneas bases y reducir los costos asociados al trabajo de campo. El funcionamiento del protocolo NTRIP viene dado por la comunicación entre sus componentes los cuales son los encargados de transmitir el flujo de datos; a continuación se explican brevemente las características de cada uno de ellos. El NtripSource corresponde a la fuente generadora del flujo de datos DGNSS y RTK en formato RTCM para una locación específica, materializada por estaciones capaces de llevar a cabo este proceso. Es definido de manera univoca con el nombre del punto de montaje (mountpoint ) que proporciona al cliente una variedad de atributos como las coordenadas y formato de identificación mediante la selección del tipo de mensaje (e.g. RTCM 2.3 y RTCM 3.0) [Cano y López, 2011]. El NtripServer funciona como el clásico servidor de Internet que gestiona los datos hacia el NtripCaster ; se ejecuta por medio de una aplicación instalada en un PC. Recibe los datos de la fuente GNSS por un puerto serial y luego los envía a los caster para su distribución. A su vez define un mountpoint para cada flujo de datos al cual pueden acceder varios clientes al mismo tiempo mediante una petición [González et al ., 2004].

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El NtripCaster opera como centro de comunicación de datos, recogiendo las correcciones de los NtripServers y enviándolas a usuarios ( NtripClients). Tiene configurado una archivo-tabla de fuentes (sourcetable) cuyo contenido es una descripción de los parámetros de cada flujo de datos, del propio caster , de una red de estaciones generadora de correcciones o de otro caster , siendo su misión no sólo de limitarse a la distribución de las señales de referencia, sino también verificar la calidad e integridad de los datos recibidos y autentificar a los usuarios con su nombre y clave [Cano y López, 2011]. El caster que actúa entre el cliente y el servidor de forma similar a un servicio de radio por Internet, multiplica los flujos de datos entrantes de tal manera que puedan ser recibidos simultáneamente por varios usuarios. Este paso intermedio actúa a la vez como elemento de seguridad para los proveedores de datos [Webber et al., 2005]. El NtripUser o NtripClient se conforma por los usuarios que por medio de un software, reciben las correcciones diseminadas por el NtripCaster. Este programa se ejecuta en el dispositivo utilizado como modem para poder acceder al mountpoint, y por selección en la tabla, poder recibir las correcciones que envía la base y aplicarlas al rover, labor que se puede realizar mediante una conexión bluetooth entre el dispositivo y el receptor GNSS, o en algunos casos mediante un cable conectado desde el dispositivo al puerto serial del receptor, si este no ofrece una tecnología integrada. El programa NtripUser se ejecuta en el dispositivo móvil en forma similar a como se ejecuta un juego o cualquier otra aplicación dentro del mismo [Márquez, 2007]. La Figura 1 muestra el diagrama del flujo de datos de los componentes del NTRIP. En el caso más general se observa su configuración con M número de NtripSources y N número de NtripClient que tienen acceso al flujo de los datos. Por su parte en la Figura 2 se describe el hardware necesario para tener acceso a NTRIP, involucrando todos los dispositivos que forman parte del instrumental.

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Figura 1: Componentes del NTRIP [Weber, 2005].

Figura 2: Dispositivos utilizados para NTRIP [Quintanilla et al ., 2004].

Gracias a la arquitectura del NTRIP el usuario dispone de las siguientes ventajas: a. Con NTRIP no es necesario mantener un receptor GNSS con un operador de forma permanente en una estación de referencia. b. El acceso a Internet es independiente de las obstrucciones entre el rover y la estación de referencia. c. Un módem GSM/GPRS o 3G (tercera generación) es más económico que un radio UHF. d. El alcance obtenido con Internet es mayor que el del radio UHF. e. No es necesario buscar lugares altos para instalar la estación de referencia. f. Permite reducir los costos asociados al trabajo de campo. g. Se pueden aumentar la longitud de las líneas base. 13


h. Solo necesita disponer de un instrumento capaz de realizar medición RTK, resultando beneficioso para usuarios que dispongan solo de un equipo para el trabajo de campo. i. El caster que actúa entre el cliente y el servidor de forma similar a Internet vía radio, duplica los flujos de datos entrantes de tal manera que puedan ser recibidos simultáneamente por varios usuarios. Éste paso intermedio actúa a la vez como elemento de seguridad para los proveedores de datos. j. Cualquier usuario puede de forma libre y gratuita acceder a las correcciones, registrándose en el servicio web del International GNSS Service (IGS) disponible a través de la siguiente dirección: http://www.igs-ip.net/home. Dentro de sus desventajas pueden mencionarse las siguientes: a. Solo funciona en áreas donde se provea telefonía celular (GSM, GPRS o 3G) con conexión inalámbrica a Internet, en caso contrario se debe recurrir a servicios de Internet satelital generando costos elevados. b. Requiere de instrumental GNSS capaz de asimilar el formato RTCM y el protocolo NTRIP. c. El ancho de banda utilizado es un factor determinante a la hora de realizar este tipo de mediciones, ya que el al igual que sucede con otras formas de transmisión, el tiempo de viaje de los datos de correcciones GNSS juega un papel importante. En las mediciones con el protocolo NTRIP, las exactitudes obtenidas están en función de los factores que intervienen y afectan las observaciones GNSS en forma general, pero si suponemos que las condiciones de medición están libres de complicaciones y se están recibiendo las correcciones desde estaciones que forman parte de cualquier red dotada de estaciones capaces de emitir el protocolo, esta tecnología ofrece resultados de muy buena calidad y suficientes para satisfacer los requerimientos de exactitud y precisión en levantamientos topográficos y geodésicos comunes.

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2.2.1. HARDWARE Y SOFTWARE NTRIP En la realización de mediciones por medio de NTRIP se debe disponer de una serie de dispositivos que utilizan ciertos hardware y software para el funcionamiento de cada componente ( NtripSource, NtripServer, NtripCaster, NtripClient/NtripUser ), a continuación se describen cada uno de ellos. El hardware necesario para el NtripSource, consta principalmente de un equipo GNSS con su antena geodésica, en el mejor de los casos este debe formar parte de una red continua (e.g. SIRGAS-CON o REMOS); para la transferencia de datos desde una o varias fuentes, este componente debe vincularse a un computador (que materializa al NtripServer ) con conexión a Internet, donde se ejecute el software utilizado para la transmisión de correcciones al NtripCaster , este último también requiere acceso a Internet banda ancha. Los usuarios puedan acceder de forma continua y sin interrupciones a las correcciones diferenciales o RTK, por medio de un instrumento GNSS capaz de realizar la descarga de las mismas (ver Tabla 1). En la actualidad la mayoría de los receptores vienen integrados con esta característica y tienen precargados el software para NTRIP, tal es el caso de las casas Trimble, Ashtech, Sokkia, Magellan, entre otras (ver Figura 3). Otro requerimiento es el uso de dispositivos de comunicación como teléfonos móviles que tengan la capacidad de recibir y enviar datos y/o correcciones por medio de Internet, que luego serán aplicadas al equipo rover . Los receptores GNSS modernos que soportan NTRIP, ya contienen la respectiva aplicación en su firmware e incluso disponen del modem celular, listo para insertar la dirección IP y conectarse al caster , utilizando una SIM Card con línea telefónica activa, sin embargo a pesar de que otros equipos como el ProMark 3 no poseen esta opción existen también celulares acondicionados para NTRIP, que ya tienen precargado el NtripUser y con solo encenderlos los mismos proceden en forma automática a la conexión con el caster pre-programado; además no se necesita un hardware adicional para recibir las correcciones RTCM. 15


Tabla 1: Hardware empleado para cada componente de NTRIP.

Componente Asociado NtripSource &Client NtripServer, NtripClient& Caster

Hardware Receptores GPS/GNSS

Tipo Navegador

Computador

NtripClient

PDA

NtripClient

Teléfonos Móvil

Simple-Frecuencia (L1)

Doble-frecuencia (L2)

SIG

Laptop

PC

PalmOS, comercializado por Palm.

Windows Mobile o Pocket PC (anteriormente Windows CE ), comercializado por Microsoft.

GSM

GPRS

EDGE

3G

Figura 3: Hardware utilizados por los componentes del NTRIP.

Por su parte el software requerido por los componentes dependen de la función que cada uno cumple dentro de la arquitectura NTRIP. En este sentido, el NtripSource requiere de forma indispensable que el receptor GNSS utilizado posea un firmware que pueda generar el mensaje en formato RTCM. Mientras que para el NtripServer y NtripCaster se encuentran disponibles de forma gratuita y abierta a través de la BKG, los siguientes software indicados en la Tabla 2, que se emplean en las estaciones casters con diferentes sistemas operativos, según la necesidad del usuario. Además existen una variedad de software propietarios desarrollados por diferentes casas comerciales.

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Tabla 2: Software libres para NtripCaster [http: //igs.bkg.bund.de, 2012].

Nombre, Descripción

Software NTRIP CASTER y NTRIP SERVER Sistema Código Proveedor Operativo ejecutable

Vers.

Tipo Tamaño

Windows Server, recibe datos a través de puerto serial

Windows 98/2000/NT/X P

Ejecutable

BKG

1.3.1

EXE ~ 700K

Command Line Server, lectura de puerto TCP / IP

Windows 98/2000/NT/X P

Ejecutable

BKG

1.6.1

ZIP ~ 50 K

Ntrip Versión 2.0 Command Line Server, la lectura de SISNET server, TCP/UDP puerto IP, Puerto Serial, o NtripCaster para apoyar una versión 1.0 o 2.0.

POSIX de Windows

C , GPL Ejecutable

GmbH, BKG

1.5.1

ZIP ~ 17 K

La gran aceptación que ha tenido el NTRIP a nivel mundial ha posibilitado que operadores y usuarios tengan a su disposición software para varios sistemas operativos y plataformas tales como: Windows CE , Linux; Palm, Symbian (ver Tabla 3). Así mismo se muestra en la Tabla 4 un conjunto de software comerciales que sirven de apoyo a la implementación del protocolo NTRIP.

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Tabla3: Software NtripClient [IGS, 2012].

Nombre, Descripción BNC (BKG NtripClient, programa que ofrece al cliente un código abierto de multiflujo diseñado para una variedad de aplicaciones GNSS en tiempo real). Ntrip Versión 2.0 Command Line Client, recibe datos para el Caster Ntrip Versión 1.0 o 2.0 GNSS Internet Radio es obsoleto, se pueden tener problemas en la comunicación.

Software NTRIP USER Sistema Código Proveedor Operativo ejecutable

Vers.

Tipo Tamaño

Windows 98/2000/NT/XP

Ejecutable

BKG

2.0

EXE ~680K

Posix Windows

C, GPL Ejecutable

GmbH, BKG

1.5.0

ZIP ~10 K

Windows 98/2000/NT/XP

Ejecutable

BKG

1.4.11

EXE ~680K

Tabla 4: Software comerciales que soportan el protocolo NTRIP [Thilantha et al ., 2006].

Aplicación ArcNTRIP TerraSync Trimble Survey Controller Trimble GX1200 Leica GSR2700 IS SOKKIA TopSURV Topcon EuroNet EuroNav FAST Survey

Uso/Componente Aplicado Galileo Sistemi, Recolección de DATA GIS en ArcPad GIS, NtripClient GIS Data Software de almacenamiento y mantenimiento de DATA GIS, NtripClient

Rover Control Software, NtripClient GPS Rover, NtripClient & Server GPS Rover, NtripClient Rover Control Software, NtripClient Software de procesamiento de Redes DGPS, NtripClient & Server Rover Control Software, NtripClient

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2.2.2. FORMATO RTCM En el caso del postproceso, suele recurrirse a los datos en formato crudo o bien en formato estándar RINEX cuando los instrumentos utilizados son de marcas distintas, pero cuando se trata de tiempo real, aunque la mayoría de los receptores GNSS están diseñados para permitir la entrada/salida de datos de corrección, cada fabricante ofrece un lenguaje propio para el tratamiento de las correcciones DGPS o RTK, lo que impide en principio hacer uso de instrumental heterogéneo. Es así como se vio la necesidad de desarrollar un lenguaje común para la señal en tiempo real. Existen diferentes protocolos para el intercambio en tiempo real de datos GNSS, entre ellos el protocolo NMEA y el estándar RTCM, estos fueron introducidos por el National Marine Electronics Association (NMEA) y por la Radio Technical Commision for Maritime Services (RTCM) respectivamente. El RTCM cuenta con mayor aceptación y en febrero de 2004, se publicó su tercera versión para servicio diferencial GNSS llamada RTCM 3.0. Es un formato universal para la transmisión de correcciones diferenciales GNSS compuesto principalmente por mensajes diseñados para soportar las observaciones GNSS en tiempo real, estas implican la transferencia de una gran cantidad de información y permite llevar a cabo esta transmisión de forma eficiente, proporcionando mensajes de apoyo que soportan las operaciones, incluyendo observaciones de fase de código y portadoras, parámetros de la antena y parámetros auxiliares del sistema [Yan, 2004]. Su creación dio respuesta a la necesidad del Institute of Navigation (ION), quienes en el año 1983 solicitaran la formulación de un conjunto de recomendaciones para la transmisión de correcciones diferenciales a los usuarios del GPS; dichas recomendaciones incluyeron la definición de los elementos de los datos trasmitidos, intervalo de tiempo mínimo en las trasmisiones y datos con su respectivos tamaño y protocolo, rango, resolución y diferentes enlaces de datos con sus respectivas aplicaciones [Briceño y Mass I Rubí, 2009].

19


Se han ido desarrollando nuevas versiones con el fin de mejorar el envío y la integridad en los datos. Las diferencias entre versiones provienen en el mensaje que contienen. Existen 64 tipos de mensajes, los cuales contienen información tal como la corrección de pseudodistancia (RPC) para cada satélite en relación al receptor de referencia, la tasa de cambio de las correcciones de pseudodistancia (CRR), y las coordenadas de la estación de referencia. Para obtener las correcciones DGPS, los mensajes transmitidos deben ser decodificados y convertidos a 30bits (cadenas de ceros y unos) [RTCM, 2004]. El flujo de datos GNSS en tiempo real en la mayoría de las estaciones pertenecientes a la red IGS-IP se transmite bajo la versión 3.0 del formato RTCM, que se ha venido desarrollado como una alternativa más eficiente a las versiones anteriores desarrollándose sobre la base de las solicitudes de los proveedores de servicios como una nueva norma que sería más eficiente, fácil de usar, y más adaptable a nuevas situaciones [RTCM, 2004]. Está compuesto principalmente por los mensajes destinados a apoyar operaciones RTK y brinda el apoyo a los mensajes de operaciones GPS y GLONASS, incluyendo códigos y fases, los parámetros de la antena y parámetros de los sistemas auxiliares. Sin embargo, el formato está diseñado específicamente para que sea sencillo para dar cabida a modificaciones a estos sistemas (e.g. nuevas señales L2C y L5) y a los nuevos sistemas que están en desarrollo (e.g. GALILEO, COMPASS) [Briceño y Mass I Rubí, 2009]. Los mayores fabricantes de receptores GPS como Trimble, Leica y Thales Navigation han dado apoyo al RTCM 3.0 mediante el suministro de actualización de firmware para sus productos y la integración de este a los existentes actualmente. La información contenida en los paquetes de datos de cada uno de los productos se estructura en mensajes de información, siendo los más utilizados los contenidos dentro de la versión RTCM 2.3 (ver Tabla 5) y el RTCM 3.0. En la Tabla 6 se describen las distintas versiones del formato.

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Tabla 5: Estructura del Formato RTCM 2.3 [Cano y López, 2011].

N° de Mensaje 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22-58 59 60-63

Estado Actual Fijo Fijo Fijo Tentativo Fijo Fijo Fijo Tentativo Fijo Reservado Reservado Reservado Tentativo Fijo Fijo Fijo Fijo Fijo Fijo Fijo Fijo Tentativo Fijo Reservado

Descripción del mensaje Correcciones GPS diferenciales Delta de las correcciones GPS diferenciales Parámetros de la estación de referencia Datum de la estación de referencia Encabezado de la constelación satelital Marco nulo Almanaque para señales náuticas Almanaques de pseudo satélites Conjunto de correcciones diferenciales de satélites. Correcciones diferenciales del código P (todas) Delta correcciones C/A en L1 y L2 Parámetros de la estación pseudo satélites Parámetros de la estación trasmisora Mensaje auxiliar del levantamiento Mensaje con parámetros Ionósferico y troposféricos Mensaje especial Almanaque, Efemérides Mediciones de la fase de la portadora no corregidas Mediciones de código no corregidas Corrección de fase de la portadora para RTK Correcciones diferenciales para código Sin uso Mensaje del propietario Múltiples usos

Tabla 6: Descripción de las distintas versiones del Formato RTCM.

Formato/ Versión

Año de lanzamiento

RTCM 1.0

1985

Características 

 

RTCM 2.0

1990



 

RTCM 2.1

1993



RTCM 2.2

1998



Proporciona correcciones del tipo de pseudos rango y rango, es suficiente para DGPS ordinario con un nivel de precisión de pocos metros. Importante para aplicaciones GPS Diferencial. La precisión alcanzable es de aproximadamente 1 metro. No contiene información de fase de la portadora por lo que no son posibles las aplicaciones RTK con esta versión. Mensajes tipo 1, 2, 3, 16 y 59. Soluciones con una precisión de la fase portadora en el orden del centímetro. Además de los mensajes incluidos en el RTCM 2.0 se agregan los mensajes tipos 18, 19, 20, 21 descritos en la tabla 5, que permiten la transmisión de información necesaria para soluciones de fase de portadora PDGPS. Soporte para el sistema de navegación satelital Ruso GLONASS. 21




  

RTCM 2.3

2001   



RTCM 3.0

2004 



RTCM 3.1

2006

 

Mensaje tipo 31, almacena las correcciones diferenciales GLONASS, construido de forma similar al mensaje tipo 1 para DGPS. Mensajes tipo 18, 19, 20, 21 no compatibles con la versión 2.1. GPS + GLONASS. Permite conocer la definición del tipo de antena (mensaje tipo 23) y el punto de referencia de la antena ARP (mensaje tipo 24). Mensajes tipo 18, 19, 20, 21 compatibles con la versión 2.2. GPS + GLONASS. Transmisión de resultados de las estaciones de referencia en mensajes tipo bien definidos. Reducción significativa del ancho de banda de los mensajes. Importante en las redes inalámbricas y móviles, donde el ancho de banda disponible es mucho menor que la de red cableada, haciendo posible el envío y recepción de correcciones diferenciales a través de internet utilizando los servicios de la tecnología celular. Mensaje tipo 1004,observaciones GPS L1+L2, información extendida sobre el nivel señal/ruido y tiempo, y mensaje 1005 con precisión centimétricaCoordenadas del ARP ( Antenna Reference Point ) de la estación de referencia e información sobre la altura de la antena, en milisegundos para las observaciones de código. GPS + GLONASS. Incorpora correcciones de Redes RTK. Contiene información RTK GNSS.

2.2.3. REDES MÓVILES VÍA IP APLICABLES AL NTRIP La conexión a Internet de forma inalámbrica a través de redes IP móviles (GSM, GPRS, EDGE o UMTS), permite el acceso a la correcciones diferenciales proporcionadas mediante el protocolo NTRIP, estas redes están a la disposición de los usuarios permitiéndoles elegir la más conveniente para la recepción del paquete de datos. Su empleo dependerá del desarrollo de las redes de telecomunicación existente en la zona donde se quiere utilizar la tecnología. Mientras el formato RTCM 3.0 aborda el tema del ancho de banda, reduciendo el tamaño de los mensajes, las redes móviles también han sido desarrolladas en términos de cobertura y ancho de banda. Por ejemplo, la tecnología GSM (popular en Australia, Europa y Venezuela) 22


originalmente tiene una capacidad de datos de 9600bps, ocupando sólo una quinta parte de un módem de 56k [Yan, 2004]. Según [Hoyer et al ., 2010] los cambios realizados por el sector privado a la plataforma GSM y los actuales EV-DO (Evolución de Data Optimizada) del sector público, están permitiendo en ciertas zonas la cobertura de datos que hasta ahora no eran posibles. En este sentido, la telefonía celular en Venezuela ha venido evolucionando de forma rápida, reemplazando la tecnología CDMA, sistema digital de primera generación, por los W-CDMA/HSPA instalados por la empresa de telecomunicaciones del Estado. Los servicios más importantes que conciernen a la difusión del NTRIP son el ABA Móvil, las redes GSM y las UMTS. Hoy en día la conexión 3G para GSM (W-CDMA) se ha extendido a lo largo y ancho del territorio venezolano por medio de la modernización de las plataformas tecnológicas pertenecientes a las compañías de telefonía móvil como lo son Movistar , Movilnet y Digitel . La Tabla 7 describe las tecnologías móviles aplicables por los usuarios y ofrecidas por dichas compañías disponibles en el país.

Tabla 7: Descripción de las tecnologías móviles disponibles en Venezuela.

Tecnología Móvil

Siglas Global System for Mobile Communications

GSM

GPRS

Características 



(Sistema Global para las Comunicaciones Móviles)



General Packet Radio Service

 

(Servicio General de Paquetes de Datos vía Radio)

Enchanced Data rates for Global Evolution EDGE





(Rata de datos mejorados para la Evolución Global)

Red de telefonía celular pública. Estándar Mundial. Proporciona telefonía de servicios, comunicación de datos en circuito. Sistema Global. Transmisión de datos móviles mayor a 115,000bps utilizando la infraestructura de la estación base GSM. Nuevo estándar de modulación de ancho de banda. Aumento en la velocidad de datos existentes en los actuales sistemas GSM.

Ancho de Banda (AB)

~ 850 - 1900MHz

~ 850 - 1900MHz

~ 850 - 1900MHz

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



Universal Mobile Telecommunications System UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles)







Considerada tercera generación (3G) europea del sistema de comunicación móvil. Ofrece una elección “multimedia” que significa la transferencia simultánea de voz, imágenes y datos con una velocidad máxima de 2Mbits/s. La aplicación de voz y de datos continúa llevándose a cabo por GSM. Permite que un terminal de usuario de tecnología de 3G pueda comunicarse con cualquier red 3G del mundo. Conectividad virtual a la red todo el tiempo.

~ 1900 - 2025MHz y ~ 2110 - 2200MHz

Estas técnicas permiten que los usuarios GPS/GNSS utilicen las redes móviles de telecomunicaciones para divulgar el servicio de corrección sin tener que construir nuevas infraestructuras. El desarrollo del servicio de banda ancha inalámbrica con una velocidad de datos mucho mayor permite el empleo de nuevas técnicas que en el pasado no podían ser utilizadas por los usuarios [Yan, 2004].

2.2.4. LIMITANTES EN LAS MEDICIONES GNSS-NTRIP Además de los errores propios que pueden suscitarse durante el proceso de observación satelital, la tecnología NTRIP también cuenta con limitantes que impiden la implementación ininterrumpida de la misma, bajo distintas condiciones de medición, descritas seguidamente: a. Er r ores Obser vacionales:

Al igual que en la ejecución de los procedimientos de medición estándar GNSS (estático, estático-rápido, cinemático), las observaciones con NTRIP también se ven afectadas por errores tales como: propagación de la señal, parámetros de orbita y reloj de los satélites, configuración geométrica de los satélites, saltos de ciclo, entre otros. Estos errores afectan 24


tanto a la base como al rover , quienes pueden verse limitados por las condiciones del lugar de medición (obstrucciones tales como árboles, edificios, tendidos eléctricos, etc.). En el caso específico de esta modalidad del tiempo real, la cobertura de la telefonía celular en el área y su dependencia de la Internet son factores de riesgo que imposibilitan su aplicación, además, al usar equipos de frecuencia simple se limita la extensión de la línea base lo que no necesariamente sucede con doble frecuencia. Sin la adecuada cobertura y disponibilidad de Internet en el área de trabajo, nada puede hacerse. Por tal razón, es importante disponer de plataformas confiables del sistema nacional de telefonía celular que provean el servicio de Internet a los usuarios del NTRIP. b. An cho de Banda:

Representa la cantidad de información o datos que se puede enviar a través de una conexión de red en un período de tiempo dado, se expresa en bites por segundo (bps), Kilobites por segundo (Kbps) o Megabites por segundo (Mps). En redes de ordenadores, el ancho de banda a menudo se utiliza como sinónimo para la tasa de transferencia de los datos, es decir, la cantidad de datos que se puedan llevar de un punto a otro en un período dado (generalmente un segundo) [Diseño Web España, 2012]. Un caster para NTRIP necesita un ancho de banda que garantice el envío de datos según la cantidad de usuarios que se conecten al mismo ya que si no es lo suficientemente alto, congestiona la trasmisión de datos haciendo imposible una buena conexión entre este y el usuario, y por ende no se podrán recibir las correcciones diferenciales. En el equipo rover se requiere un ancho de banda relativamente bajo ya que los datos de corrección recibidos se encuentran en orden de 0,5Kbps por envió para correcciones DGPS y 5Kbpspor envió para correcciones RTK [Lenz, 2004]. Debido a que la comunicación vía IP consiste generalmente en una sucesión de conexiones (cada una con su propio ancho de banda), si una de estas es mucho más lenta que el resto, actuará como “cuello de botella” retardando la comunicación y en muchos casos impidiendo la recepción o envió de los datos; por ello, el ancho de banda es una limitante de suma 25


importancia cuando se quiere utilizar Internet como medio de trasmisión para correcciones GNSS en tiempo real. c. Cober tur a Celu lar :

Debido a que los celulares se comunican por ondas de radio, la seguridad en su funcionamiento depende de varios factores como es la proximidad del teléfono a la estación base con la cual se comunica, las condiciones climáticas severas, los obstáculos físicos e interferencias o ruidos que hacen referencia a señales electrónicas indeseadas que se introducen por los componentes del circuito que hacen que la comunicación se distorsione [FCC, 2008]. Los teléfonos celulares tienen varias desventajas que se deben conocer. Vale aclarar que estas no son necesariamente defectos o fallas en el diseño de los mismos, sino parte de la naturaleza del producto y del tipo de transmisión a realizar (voz o datos), donde la mayoría ocurren en la transmisión de datos ya que este tipo de conexión es continuo y sensible a cualquier perturbación que ocurra durante la conexión, a diferencia de la transmisión de voz cuya conexión es pausada dándole la oportunidad al sistema de recuperarse ante cualquier eventualidad. En la mayoría de los casos, esta deficiencia tiene que ver con el enlace de radio entre el teléfono celular y una estación de celda, es decir, a partir del momento en que un móvil establece una comunicación, la solicitud será transmitida vía radio entre la estación móvil (EM) y la estación radio base de referencia (EBRF) más próxima [Briceño y Mass I Rubí, 2009]. Varios factores pueden prevenir el inicio o terminación de una transmisión de datos de un teléfono celular. Aun cuando una operadora ofrece mapas que muestran la cobertura en cierta área geográfica, es posible que el usuario no pueda completar una recepción de datos por las limitaciones de topografía, el número de personas que se están comunicando con la misma estación base para la comunicación y la arquitectura de la red (ubicación de las antenas) [FCC, 2008].

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Otra causa común de la pérdida de la señal ocurre cuando el usuario se aproxima a la región límite de un área de servicio en la que no hay otras estaciones de telefonía móvil que acepten la transferencia de su recepción. Experimentará un debilitamiento gradual de la señal hasta que comiencen pérdidas breves de la misma empeorando rápidamente hasta quedar completamente desconectado, esto es lo que comúnmente llaman pérdida debido a la distancia, es decir, producida al alejarse de la estación base, incluso sin obstáculos entre la antena transmisora y la receptora. La potencia entregada por la antena disminuye conforme aumenta la distancia y la frecuencia de la transmisión. A mayores frecuencias, más pérdidas. Esta situación se ve reflejada en el territorio venezolano, ya que las compañías telefónicas que operan en el país ( Movistar , Movilnet y Digitel ) aun presentan fallas en zonas donde no existen focos de desarrollo urbano, sin embargo los avances en materia de tecnología móviltienen como principal reto a vencer que la cobertura de datos sea optima en cada rincón del país. d. Cambio de Celda:

La gran idea del sistema celular es la división de la ciudad en pequeñas células o celdas. Esta idea permite la reutilización de frecuencias a través de la ciudad, con lo que miles de personas pueden usar los teléfonos al mismo tiempo. Cada celda generalmente tiene un tamaño de 26Km2 [Fernández y Fernández, 2004] y son normalmente diseñadas como hexágonos (ver Figura 4).

Figura 4: Estructura de las redes de cobertura celular [PRT, 2003].

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Los controles de la estación de celdas generalmente están diseñados para pasar por alto pérdidas menores de señal sin interrumpir su recepción. Sin embargo, pérdidas de señales continuas o prolongadas pueden hacer que la estación de celda lo desconecte lo cual ocurre con frecuencia en transmisión de datos. Cuando el teléfono celular está en movimiento, la intensidad de la señal recibida puede disminuir lo suficiente en algunos casos como para causar interrupciones breves de la señal recibida. Casos más severos pueden impedir que su señal transmitida llegue a la estación de celda. Se observarán éstas pérdidas de señal como pausas repentinas en la recepción. Desafortunadamente las empresas de telefonía celular, instalan celdas operativas solo en lugares con alta densidad de población, de tal forma que hay enormes vacíos en el mapa de cobertura. Sin embargo, debemos mencionar que donde no funcionan los teléfonos celulares de uso masivo, es decir los celulares normales, funcionan bien en muchos de estos “agujeros negros”, los celulares con antenas de alta ganancia y ya existen en el mercado los “retransmisores”, equipo que integra un celular con antena de alta ganancia (+6db), que mediante el protocolo NTRIP se conecta a una estación de referencia GNSS, para tomar la corrección RTCM de cualquier tipo y retransmitirla vía UHF, para lograr una cobertura superior a los 20Km desde el lugar de la retransmisión [Hoyer et al ., 2010].

2.3. GNSS-NTRIP EN LATINOAMÉRICA En el año 2007 por medio de un comité de trabajo del IGS se desarrolló un proyecto piloto para el establecimiento de una red que emitiera datos de correcciones en tiempo real a los usuarios de todo el mundo a través de un servicio público y gratuito, con los objetivos claves de investigar los estándares y formatos para la recolección y difusión de productos en tiempo real, gestionar y mantener una red global GNSS-TR generando productos con precisiones de reloj de 0,3ns (originalmente 0,5ns), precisiones de órbita de ±5 a 6cm y latencia menor a 10s [Agrotis et al ., 2012]. Hoy en día esta red cuenta con aproximadamente 107 estaciones activas (ver Figura 5), de las cuales el 70% de ellas funcionan con los sistemas GPS y GLONASS. En 28


Latinoamérica varios países cuentan con estaciones que contribuyen con la materialización del proyecto IGS-IP (e.g. Argentina, Brasil, Chile, Uruguay y Venezuela).

Figura 5: Red de Estaciones IGS-IP [IGS, 2012].

Un año después, SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas) dio inicio al proyecto piloto SIRGAS Real Time (SIRGAS-RT); los países latinoamericanos, Argentina, Brasil, Uruguay y Venezuela han sido algunos de los que se han asociado a dicho proyecto, creado en la Reunión SIRGAS 2008 en Montevideo-Uruguay con el propósito de evaluar la viabilidad de proveer correcciones en tiempo real a los levantamientos GNSS apoyados en las estaciones SIRGAS-CON. Los principales objetivos de este proyecto son: promover el desarrollo del conocimiento geodésico y posibilitar la transferencia tecnológica en aplicaciones en tiempo real en América Latina, tomando como base las redes de estaciones GNSS de la región, utilizando protocolos de transmisión de correcciones GNSS; hacer especial énfasis, en compartir conocimientos sobre Geodesia entre las comunidades tecnológicas que hacen uso de la disciplina, destacando la importancia del acceso al marco de referencia en el posicionamiento, sin intervención del usuario, y garantizando la georreferenciación adecuada de los resultados [Noguera y Pérez, 2012]. Actualmente en Argentina se encuentra disponible el servicio RAMSAC-NTRIP conformado por 25 estaciones GNSS (ver Figura 6) de la Red Argentina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC), cuyo caster es administrado por el Instituto Geográfico Nacional. Dentro de este 29


servicio las correcciones se generan en función de las coordenadas de cada una de las estaciones permanentes referidas al marco de referencia POSGAR 07 [Piñón y Cimbaro, 2010].

Figura 6: Estaciones RAMSAC-NTRIP [SIRGAS, 2012].

Complementariamente, la Universidad Nacional de Rosario-Argentina, ha instalado un caster para la estación UCOR y sus actividades contribuyen con el proyecto IGS-IP. Esta misma Universidad ofrece la posibilidad de ampliarlo para albergar otras estaciones SIRGAS-CON en capacidad de trabajar con NTRIP, mientras que los demás países avanzan en la instalación y puesta en operación de sus propios casters. En Brasil, la iniciativa se consolidó en mayo de 2009 y desde esa fecha 26 estaciones de la red RBMC ( Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS ) están transmitiendo correcciones ininterrumpidamente (ver Figura 7). Por medio del IGBE ( Instituto Brasileiro de Geografía e Estatística) y apoyándose en el servicio RBMC-IP disponible a los usuarios que hacen uso de RTK o DGPS, se llevaron a cabo algunas pruebas en Río de Janeiro con observables de código y fase en modo estático y cinemático a fin de evaluar el servicio NTRIP en términos de precisión y exactitud tomando en cuenta parámetros

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como la distancia a las estaciones de referencia, obteniendo resultados con una precisión centimétrica para las componentes horizontales y verticales.

Figura 7: Red del servicio de posicionamiento en tiempo real RBMC-IP del IBGE [SIRGAS, 2012].

En Uruguay, a partir del año 2009 el SGM (Servicio Geográfico Militar) conjuntamente con el Instituto de Agrimensura de la Facultad de Ingeniería de la UDELAR (Universidad de la República),comenzaron a trabajar en la implementación del Servicio de Corrección Diferencial en Tiempo Real (DGPS/RTK), apoyándose en 7 estaciones de la REGNA‐ROU (ver Figura 8) que se conectan a una red privada virtual por medio de routers celular 3G y son administradas por el Servidor/caster NTRIP del SGM [Pérez y Striewe, 2012].

Figura 8: Red Geodésica Nacional Activa de Uruguay (REGNA-ROU) [SIRGAS, 2011]. 31


Además de las experiencias de Argentina, Brasil y Uruguay con NTRIP, Ecuador y Perú iniciaron actividades encaminadas a proveer transmisión de datos/correcciones a través de NTRIP provenientes de sus estaciones de operación continua. Un total de 45 estaciones de la red de rastreo permanente privada de Perú emiten correcciones en tiempo real, mientras que la red GNSS de monitoreo continuo del Ecuador establecida desde el año 2008, cuenta con 23 estaciones permanentes capaces de transmitir datos por medio de esta tecnología [Noguera y Pérez, 2012]. La aplicabilidad de esta tecnología ha quedado demostrada en la región SIRGAS, así por ejemplo, Camisay et al. (2011) reportaron la obtención de coordenadas con calidades en el orden de ±0,03m en posición y ±0,10m en altura. Pérez y Rovera (2009) por su parte, evaluaron determinaciones vía NTRIP con resultados que no sobrepasaron los ±0,20m con código C/A y los ±0,03m con fase L1 y L2. Otras experiencias similares pueden ser consultadas en www.sirgas.org , incluyendo las propias para Venezuela.

2.4. AVANCES DEL NTRIP EN VENEZUELA En Venezuela instituciones públicas y privadas (Universidad del Zulia, PDVSA, MECINCA) han acumulado experiencias en el desarrollo y utilización del NTRIP como una tecnología eficaz para obtener posiciones en tiempo real mediante GNSS para diversos fines. Dentro de los alcances que ha tenido esta tecnología resaltan las pruebas realizadas por MECINCA, empresa privada venezolana que se dedica a la comercialización y servicio técnico de instrumentos topográficos y geodésicos, quienes realizaron experimentos en el año 2007 con la finalidad principal de mostrar la fiabilidad del NTRIP a diferentes distancias entre la estación de referencia y el rover , obteniendo coordenadas absolutas y relativas en tiempo real para luego comparar los resultados, evaluarlos y dictar un criterio que en base a los estándares actuales de Catastro y Topografía, permitan emplearlo como una herramienta adecuada para distintas aplicaciones [Márquez, 2007].

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Por su parte la modernización de la plataforma observacional de la estación MARA en el año 2007 (instalación del receptor Sokkia GSR 2700 RS ) permitió al LFGS-LUZ iniciar los estudios sobre NTRIP y sus aplicaciones, incorporando esta estación en el 2008 a la red mundial IGS, esto enmarcado en un proyecto bajo el apoyo del Consejo de Desarrollo Científico, Humanístico y Tecnológico (CONDES) [Briceño y Mass I Rubí, 2009; Briceño et al ., 2009]. Otras pruebas desarrolladas por LUZ y PDVSA, evaluaron la operatividad y funcionalidad del NTRIP para aplicaciones propias de la industria, en este sentido González y Prince (2008) realizaron comparaciones entre mediciones GPS RTK y NTRIP con instrumentos Trimble 5700 y R8. Luego Ramos y Viloria (2009) evaluaron la tecnología NTRIP con respecto a RTK y OmniSTAR VBS bajo distintas condiciones y ambientes de trabajo. A partir de los resultados obtenidos con estas pruebas fue posible diseñar especificaciones técnicas para el empleo del tiempo real NTRIP en las distintas actividades geodésicas que se ejecutan en PDVSA. Además el CPAGS‐LUZ realizó sus aportes para la implementación del NTRIP, considerando estimaciones relativas y absolutas soportadas por las herramientas de la BKG, evaluando la consistencia de las determinaciones GNSS‐ NTRIP en términos de exactitud, latencia, fijación de ambigüedades, hardware y software, disponibilidad del servicio de Internet, entre otros, con metas orientadas hacia la incorporación de las estaciones REMOS a la red SIRGAS-CON e IGS-IP [Cioce et al ., 2010]. Esta dependencia se ha abocado al conocimiento de los avances en esta materia y así establecer el marco de aplicaciones en el país. Hoy en día el CPAGSLUZ se ha motivado a conocer los avances y aplicaciones del NTRIP en el país.

2.5. SITUACIÓN ACTUAL DE LA CARTOGRAFÍA Y CATASTRO EN LA CIUDAD DE MARACAIBO El catastro es un registro administrativo dependiente del Estado en el que se describen los bienes inmuebles rurales, urbanos y de características especiales. Comprende el levantamiento, procesamiento y generación de la base de datos descriptiva y gráfica de los 33


inmuebles del Municipio en cuanto al aspecto físico, jurídico y económico se refiere [IGVSB, 2012]. Según lo establecido en las Normas Técnicas para la Formación y Conservación del Catastro Nacional en todo Municipio se debe realizar la implementación del catastro en su ámbito territorial y promover el proceso de formación y conservación del mismo. Su conservación comprende el proceso de actualización, este deberá ejecutarse en periodos no mayores a 4 años. Los Municipios deben establecer una red geodésica y realizar un inventario de los materiales cartográficos disponibles en su territorio, para la generación de nueva cartografía utilizada para los mapas catastrales, la misma se producirá a partir de la aplicación de técnicas aerofotogramétricas o mediante levantamientos en campo, de conformidad con las especificaciones técnicas dictadas por el IGVSB. En el ámbito urbano, la base cartográfica a emplear para los levantamientos catastrales será a escala 1:1000, preferiblemente, pudiendo utilizarse escalas entre 1:500 y 1:2500 en función de la estructura parcelaria existente, la captura de la información se realizará con una exactitud planimétrica de ±0,20m. En el ámbito rural, se utilizarán escalas entre 1:25000 y 1:5000, en función de la densidad y del tamaño de los predios o parcelas y la captura de la información se realizará con una exactitud planimétrica de ± 0,50m [IGVSB, 2002]. El informe presentado por la Oficina Regional Zulia-Falcón-Trujillo del IGVSB en el año 2010 describe la situación actual de los productos catastrales desarrollados por la Alcaldía de la ciudad de Maracaibo del estado Zulia [Meleán, 2012], planteada seguidamente de manera general en cuanto al ámbito físico respecta. Para la actualización y formación del catastro del Municipio Maracaibo, la Alcaldía llevó a cabo tres (3) proyectos técnicos para el desarrollo de su componente físico, ellos son: establecimiento de la Red Geodésica Municipal de Maracaibo (RGMM), vuelo fotogramétrico en el año 2006 y el mapa digital municipal a escala 1:1000 para el ámbito urbano y a escala 1:5000 para el ámbito rural. En cuanto a la Red Geodésica Municipal, la Dirección de Catastro de la Alcaldía de Maracaibo (DICAT) hizo entrega a la oficina regional del IGVSB, un informe técnico que describe el proyecto realizado. Esta red fue medida en el mes de noviembre de 2003 en su 34


primera fase y entre marzo y abril en el 2005 en su segunda fase, completando un total de treinta y tres (33) vértices materializados. Para la certificación de la red geodésica se debe cumplir con los requisitos exigidos por el IGVSB para la revisión y certificación de levantamientos geodésicos y topográficos utilizando GPS; los cuales establecen que se requiere el cálculo y los datos GPS originales en formato RINEX para la revisión de las coordenadas definitivas de los vértices, sin embargo este requisito no se cumplió, por lo tanto la certificación respectiva no fue otorgada [Meleán, 2010]. Hasta tanto el Municipio no disponga de una red geodésica avalada y certificada por parte del IGVSB, no estará cumpliendo con la Ley de Geografía, Cartografía y Catastro Nacional (LGCCN) ni con la garantía de tener un posicionamiento preciso de los vértices que la integran, de gran utilidad para elaborar mapas catastrales y planos de mensura que requiere la DICAT para asignar a cada inmueble localizado en la ciudad de Maracaibo su cédula catastral o certificado de empadronamiento [Meleán, 2010]. Por tal motivo, en el año 2011 se realizó un nuevo proyecto de la RGMM mediante un trabajo conjunto entre el IGVSB, DICAT y la Empresa Regional Sistema Hidráulico Planicie de Maracaibo (PLANIMARA). Esta red está compuesta por treinta y seis vértices (36) distribuidos de forma homogénea en toda la ciudad, tomando en cuenta todos los aspectos que enmarcan las especificaciones requeridas por el IGVSB. La culminación de este informe fue presentado al ente rector para proceder a su certificación, procedimiento que no se ha llevado a cabo hasta el momento. Sobre el vuelo fotogramétrico, en el año 2005 la DICAT presentó una propuesta técnicoeconómica donde la empresa SOCODEC-Venezuela del grupo SNC-Lavalin Internacional Inc. suministraría la cobertura aerofotográfica en color a escala 1:8000 del Municipio Maracaibo, dicha propuesta fue aprobada por el IGVSB, procediéndose a su ejecución en 2006.

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A la fecha, no se ha dado la consignación del correspondiente informe técnico del vuelo fotogramétrico el cual debe contener una descripción detallada de las características de los equipos utilizados dentro de los cuales se encuentran los métodos y resultados de las calibraciones de la cámara fotogramétrica, control terrestre, bloques de aerotriangulación, receptores GPS utilizados, resultados en planimetría y altimetría, al igual que otros datos técnicos según lo especificado en los artículos 6 y 7 de las Normas Técnicas para la Formación y Conservación del Catastro Nacional . En otro orden de ideas, Maracaibo carece de cartografía digital actualizada, proveniente esta de un levantamiento fotogramétrico realizado en el año 1996, referido al sistema Catedral de Maracaibo (no acorde a la normativa legal vigente); los cambios en la configuración urbana de la ciudad son evidentes para 2012, siendo una necesidad la actualización cartográfica y las acciones a tomar están siendo consideradas. Es así como la ciudad de Maracaibo, segunda en importancia a nivel nacional, no cuenta con información geoespacial que soporte la actividad catastral de una manera eficiente, precisa y sobre todo, apegada a lo que establece la ley respectiva. Si bien se han venido adelantando esfuerzos para la adaptación de la infraestructura geodésica catastral, los mismos se encuentran en fase de implementación o certificación. Tal situación conlleva a que por un lado el Municipio no maneje una correcta información catastral no solo en su aspecto físico, sino también valorativo y jurídico, por lo cual al trabajar con ella se encuentran resultados que arrojan imprecisiones o son incompatibles, y por el otro, a la falta de un análisis lógico en el manejo de la información catastral [Meleán, 2010]. Una buena forma de lograr la actualización de la infraestructura geodésica municipal, es a través del aprovechamiento de las novedosas tecnologías de adquisición, en donde el posicionamiento GPS/GNSS en tiempo real asistido por el protocolo NTRIP representa un medio atractivo y relativamente económico para soportar las diferentes labores propias de la confección física del catastro. La tecnología NTRIP ofrece un posicionamiento preciso que cumple con la exigencias establecidas por ley.

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En todos los Municipios del país la implementación de esta tecnología permitiría la actualización y generación de cartografía para fines diversos, incluyendo naturalmente el catastral, disponiendo del conjunto de estaciones REMOS en pleno funcionamiento. Las nuevas estaciones que el IGVSB ha venido instalando, tienen la capacidad de soportar el protocolo NTRIP. De un total de 29 estaciones planificadas/instaladas que cubren casi la totalidad del territorio (ver Figura 9), solo MARA opera de forma continua y activa. Una vez que la red nacional ofrezca al usuario sus datos para postproceso o bien para tiempo real, todo proyecto o actividad que requiera de información geoespacial, quedará referida al marco geodésico nacional. La conformación de un Sistema Geodésico Nacional integrado, consistente y de vanguardia es de interés estratégico.

Figura 9: Estaciones REMOS con opción NTRIP.

La diversificación del NTRIP entre la comunidad de usuarios en Venezuela dependerá en gran medida del óptimo funcionamiento de REMOS y de la instalación de un caster nacional. Inicialmente, la incorporación de las estaciones a la red del IGS-IP resulta conveniente hasta tanto se logre lo indicado.

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3. ADQUISICIÓN GEOESPACIAL REALIZADA CON GPS-NTRIP 38


3. ADQUISICIÓN GEOESPACIAL REALIZADA CON GPS-NTRIP En esta sección se expone el proceso de adquisición de datos geoespaciales en locaciones seleccionadas dentro de la ciudad de Maracaibo y zonas adyacentes, utilizando mediciones GPS en Tiempo Real NTRIP, los aspectos considerados al momento de efectuar el trabajo de campo y el tratamiento de los resultados a fin de establecer la factibilidad de esta tecnología en aplicaciones cartográficas y catastrales.

3.1. CONSIDERACIONES PARA LA EJECUCIÓN DE MEDICIONES GPS-NTRIP Una vez elegido el lugar sobre el cual se ejecutaron las pruebas de campo es importante, al igual que en cualquier tipo de mediciones GPS, reconocer los elementos que pueden afectar el desarrollo de las mismas, con el objeto de evitarlos o minimizarlos de manera apreciable. En el caso de las mediciones asistidas con el protocolo NTRIP la situación es similar, factores como la disponibilidad de cobertura de transmisión de datos vía Internet móvil en la zona, el manejo de la tecnología de acceso a Internet, acceso a la fuente difusora de las correcciones más cercana, entre otros, son aspectos adicionales que se incluyen y deben tomar en cuenta antes de ejecutar las observaciones para así garantizar y aprovechar al máximo las bondades de la tecnología. Debido a que el uso del NTRIP depende en gran medida de la Internet, esta se convierte en su principal desventaja ya que en el Estado Zulia actualmente no se cuenta con una plataforma tecnológica que cubra el 100% de su espacio geográfico, en consecuencia, su aplicación queda limitada mayormente a zonas urbanas y semiurbanas, donde las empresas telefónicas han dispuesto sus mecanismos de transmisión de datos vía telefonía celular. Cada una de las operadoras nacionales de telefonía móvil dispone en su página web oficial de mapas de cobertura que pueden ayudar a conocer la disponibilidad de Internet inalámbrico, si no se cuenta con este servicio, una alternativa puede ser el acceso por medios satelitales, tal como se ha mencionado en otras ocasiones.

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La telefonía celular en Venezuela representa uno de los mercados más competitivos, debido a su inclusión en la sociedad. Según la Comisión Nacional de Telecomunicaciones (CONATEL), el uso de la telefonía móvil presenta actualmente un incremento en el país de 102,72% sobre el total de población (ver Figura 10), permitiéndole a las empresas operadoras de telefonía móvil densificar sus coberturas a zonas rurales.

Figura10: Indicadores de penetración de telefonía móvil en Venezuela [CONATEL, 2012].

Las tres operadoras móviles del país con red propia capaces de gestionar la información necesaria para la aplicación del NTRIP, ofrecen acceso a transferencia de datos vía Internet (unas con más cobertura que otras) bajo distintas plataformas tecnológicas. Movistar posee redes móviles de datos GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSDPA/HSUPA, mientras que Movilnet emplea CDMA/GSM/HSDPA, por su parte Digitel utiliza GSM/GPRS/UMTS/HSDPA/3G esperando que en el presente año entre en desarrollo el despliegue de 4G/LTE convirtiéndose así en la primera que ofrece esta tecnología a los usuarios. En este sentido, identificar la zona donde se ejecutará el trabajo de campo (urbana o rural), es importante antes de considerar el uso del NTRIP en mediciones GPS/GNSS-TR, pues además de la cobertura, la plataforma disponible por parte del proveedor puede variar. Debido a que los equipos celulares disponibles para las pruebas realizadas para los fines de este trabajo, funcionan con tecnologías GSM/EDGE/UMTS/3G y poseen planes de suscripción afiliados a las operadoras Movistar y Digitel, se consultaron los sitios web de las 40


mismas para observar los mapas de cobertura ofrecidos para este tipo de datos (ver Figuras 11 y 12) haciéndose notorio su gran alcance. La operadora Movilnet no cuenta con una cobertura de transmisión de datos lo suficientemente amplia para dichas tecnologías por ello luego de consultar el mapa de cobertura GSM (ver Figura 13) se descartó su servicio.

Figura 11: Cobertura GSM (izq) y 3G (der) de la operadora Movistar en la zona de estudio [Movistar, 2012].

Figura 12: Cobertura 3G de la operadora Digitel en la zona de estudio [Digitel, 2012].

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Figura 13: Cobertura GSM de la operadora Movilnet en la zona de estudio [GSM, 2011].

De esta manera, se planificaron las mediciones de prueba en zonas urbanas de Maracaibo y su periferia. Para el caso de Movistar se utilizó la tecnología de trasmisión de datos 3G UMTS (HSDPA/HSUPA), esta ofrece una velocidad teórica de transmisión de datos que va desde los 144Kbps hasta 7,2 Mbps y la tecnología GSM/EDGE, esta última se empleó también para la operadora Digitel alcanzando velocidades de transmisión de 236,8Kbps, siento estas suficientes para difundir correcciones RTCM que se diseminan con el protocolo NTRIP debido a que el ancho de banda requerido es muy pequeño, necesitando únicamente un canal de comunicación de 5Kbps. El teléfono celular como herramienta gestora de información fue utilizado en estas mediciones, para recuperar los datos de corrección por medio de tecnologías CDMA/GSM, para ello el dispositivo a utilizar debe disponer de aplicaciones “ Dial Up Networking ” (DUN) para dotar de Internet móvil a otros dispositivos como laptops, controladores de mano o al mismo receptor GPS/GNSS. El teléfono celular cumple la función de modem y por medio de la filiación a un paquete de datos es posible el acceso a la red. Hoy en día los teléfonos celulares disponen de comunicaciones inalámbricas bluetooth o infrarrojo lo que hace posible dotar de Internet a cualquiera de dichos dispositivos de manera remota, reduciendo el uso de cableados y facilitando el trabajo de campo en cuanto a movilidad se refiere. 42


En el desarrollo de esta investigación se utilizaron los teléfonos Nokia modelos 3500 y 5220, Movistar y Digitel respectivamente, ambos con tecnología GSM/EDGE, y el teléfono Nokia N78 tecnología 3G UMTS (HSDPA/HSUPA) suscrito a Movistar , éstos funcionaron como modem para dotar de Internet al receptor GPS Magellan ProMark 3, configurando en su software FASTSurvey [Thales Navigation, 2003] la conexión entre ambos dispositivos llamando al número *99# (común a todas las operadoras) accediendo a la descarga de las correcciones. La Figura 14 muestra los equipos celulares utilizados.

Figura 14: Equipos celulares utilizados.

Es criterio de cada usuario la escogencia de la plataforma tecnológica y dispositivo celular a utilizar, ya que todas las disponibles en Venezuela tienen la capacidad de satisfacer las necesidades del NTRIP. Es importante mencionar que este aspecto es tomado en cuenta en el caso de no disponer de instrumental GPS/GNSS moderno. Por otra parte, la disponibilidad de estaciones de referencia (base), debe ser comprobada y se recomienda vincularse a la más cercana al área de trabajo, la existencia de otras bases alternativas que sirvan de apoyo en caso de dificultades, debe formar parte de los aspectos a considerar previos a la ejecución de las mediciones. En este caso, las mediciones efectuadas se hicieron respecto a MARA definiendo así líneas base cortas pues se utilizaron equipos de frecuencia simple. Asociado a esto, debe saberse a cuál caster se accederá para la descarga de las correcciones diferenciales. Al pertenecer MARA a la red IGS-IP, sus correcciones diferenciales son diseminadas por el caster operado por la BKG a través de la dirección: puerto www.igs.org:2101; con un único 43


mountpoint designado como MARA0, es decir, que la estación ofrece correcciones solo GPS L1/L2 en formato RTCM 3.0. El manejo de esta información es indispensable y está disponible en la tabla-fuente del caster . El IGS-IP es uno de los centros difusores públicos de correcciones más reconocido a nivel mundial, para acceder a sus productos vía IP y disponer de sus servicios gratuitos, es necesario registrarse y crear una cuenta usuario (nombre de usuario y contraseña) que permita identificar y administrar la conexión. Una vez que el usuario queda registrado como cliente NTRIP, tendrá acceso a datos de corrección diferencial de todo mountpoint existente así como a productos asociados. También existen servicios privados que gestionan los datos/correcciones desde sus propias estaciones de referencia, servidores y casters, implicando un costo asociado. A nivel instrumental en la estación rover , existen dos características con las que se debe contar para ejecutar las mediciones GPS/GNSS NTRIP: (1) que el equipo sea capaz de calcular las soluciones en tiempo real y que reconozca el formato de correcciones RTCM y (2) la limitación en cuanto a la captura de la señal, pues resulta obvia la diferencia en términos de calidad, al usar una o doble frecuencia, como se ha mencionado, esto limita la medición sobre líneas base de determinada longitud. Para equipos L1/L2 se han evaluado distancias considerables>100Km mientras que con L1 los alcances son menores hasta unos 15Km [ Briceño et al. 2009]. En el caso de incorporar observaciones GLONASS, las condiciones de la observación varían. El receptor utilizado en el marco de este trabajo ( Magellan ProMark3, ver Figura 15), ofrece un alto rendimiento para mediciones en tiempo real (DGPS, RTK, NTRIP), puede operarse con una antena externa, también como controlador para la configuración y la visualización de datos, pero, sólo ofrece solución óptima hasta 12Km de separación respecto a la base [Thales Navigation, 2003].

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Figura 15: Magellan ProMark3. En líneas generales, el saber cuál es la capacidad del receptor a utilizar, puede ayudar enormemente en la planificación de mediciones con el protocolo NTRIP. Hoy en día el mercado nacional ofrece una amplia variedad de instrumental GPS/GNSS apto para la implementación del NTRIP.

3.2. EVALUACIÓN OPERATIVA DE LA TECNOLOGÍA NTRIP Esta parte consistió en la ejecución de pruebas con el objeto de evaluar el funcionamiento conjunto de todos los componentes del sistema NTRIP a diferentes distancias respecto a la estación MARA. En primera instancia, se corroboró la consistencia y el flujo de las correcciones en tiempo real emitidas por la referida estación, esta prueba fue realizada en el sitio de instalación de la misma, se constató su buen funcionamiento para ejecutar mediciones vía NTRIP. En este sentido, se evaluó el funcionamiento del usuario NTRIP, combinando los siguientes elementos: el receptor GPS ProMark3 con su antena externa y los teléfonos celulares descritos previamente que suministraron Internet al instrumental satelital por medio de la aplicación Dial-Up Networking , la conexión entre ambos dispositivos se hizo vía bluetooth. La configuración se hizo por medio del software FASTSurvey [Thales Navigation, 2003] y su módulo de NTRIP. Por último, se verificó el estado de la conexión dentro del mismo software de campo, determinando de esta forma la compatibilidad de los instrumentos utilizados con la 45


tecnología en estudio. En la Figura 16 se ilustra la combinación de dispositivos para NTRIP utilizando el ProMark3.

Figura 16: Combinación de dispositivos utilizando el receptor GPS ProMark3.

Fueron seleccionadas cinco (5) locaciones dentro de Parroquias de los Municipios Maracaibo, San Francisco y Mara (ver Figura, 17) permitiendo evaluar esta tecnología bajo diferentes condiciones de observación. Los sitios de observación así como su separación respecto a la estación base, se indican en la Tabla 8 y en la Figura 18 se aprecia la configuración geométrica del levantamiento. Tabla 8: Longitud de las líneas base establecidas en cada prueba.

Ubicación Conjunto Residencial Tierra del Sol II Inmueble, Sector Libertador Residencias Terra Norte Escuela Sector Carabobo Playa APUZ

Distancia (Km) 3 6 7 13 23

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Figura 17: Parroquias seleccionadas para las pruebas.

Figura 18: Disposición geométrica de puntos respecto a la estación MARA.

3.3. LEVANTAMIENTOS SOBRE LÍNEAS BASE DE 3Km Estas mediciones se llevaron a cabo a partir del mes de mayo de 2012 dentro del Conjunto Residencial Tierra del Sol II Etapa, ubicada en de la Parroquia Raúl Leoni al Oeste de la ciudad de Maracaibo. La longitud de la línea base es de 3,2Km aproximadamente y la ubicación relativa entre la estación de referencia MARA y el lugar del levantamiento se puede apreciar en la Figura19.

Figura 19: Ubicación relativa entre MARA y el lugar del levantamiento a 3Km. 47


En el área de prueba se seleccionaron veinticuatro (24) puntos que materializan elementos de interés desde el punto de vista catastral y/o cartográfico, pues estos definen las calles internas del conjunto residencial y los límites de cada inmueble, como se aprecia en la Figura 20.

Figura 20: Conjunto Residencial Tierra del Sol II , Calle 79E.

Fue empleado el estático-rápido relativo postprocesado para obtener posiciones que sirvieran como patrón de comparación, una sesión de 10min con un intervalo de captura de 1s, se consideró suficiente como para determinar coordenadas de referencia para los elementos que se levantarían por medio de NTRIP. Esta estimación fue obtenida a partir del cálculo con el software comercial GNSS Solutions [Thales Navigation, 2005]. La toma de datos en tiempo real se realizó considerando diferentes épocas de medición (3, 5, 10, 15, 20, 25 y 30 segundos) en cada punto levantado, esto con el fin de determinar cuál estimación era la más apropiada (en términos de duración y precisión) para levantamientos destinados a Catastro y Cartografía. Durante las observaciones con NTRIP, el acceso a Internet no presentó problemas utilizando la configuración instrumental ya descrita, no obstante, la inestabilidad de la descarga de datos móviles no permitió que la recepción de paquetes de correcciones permaneciera constante, por lo tanto la solución tardaba en fijar ambigüedades para algunos puntos. Bajo condiciones favorables, si se lograron soluciones fijas luego de transcurrido un intervalo de 5 a 10 minutos de inicialización.

48


Con fines de comparación y control de calidad, se realizó la reocupación de 2 puntos para bajo diferentes condiciones de medición, estos correspondieron a aquellos ubicados en la separación o límites de los inmuebles, la Figura 21 muestra el levantamiento del punto TS22; en la Figura 22 se puede apreciar la ubicación de todos los puntos levantados durante la medición.

Figura 21: Medición de punto límite de los inmuebles.

Figura 22: Ubicación relativa de los puntos levantados en la calle 79E.

El tratamiento de las coordenadas obtenidas con NTRIP así como de las correspondientes coordenadas patrón, estuvo sujeto a una transformación entre marcos de referencia, pues las coordenadas de la estación MARA están referidas al ITRF94:1995,4 y las orbitas GPS están

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referidas al IGS08:2012,5. La inconsistencia media entre ambos marcos se estimó en ±0,20m, que de no ser reducida, introduciría un error sistemático en el mismo orden sobre las posiciones. Es importante resaltar que los estimadores estadísticos sobre la calidad interna (precisión) arrojados por el receptor (error medio cuadrático horizontal -HRMS- y

error medio

cuadrático vertical -VRMS-), se consideraron durante la etapa de adquisición en tiempo real, con el fin de evaluar la consistencia de las estimaciones, en la Tabla 9 se presentan dichos valores. Tabla 9: Precisión de las mediciones GPS-NTRIP a una distancia de 3,2Km.

Estimadores Media ±σ Máximo Mínimo

HRMS (m) 0,03 ± 0,01 0,03 0,03

VRMS (m) 0,04 ± 0,01 0,04 0,03

La evaluación estadística adicional de las estimaciones propias de cada levantamiento efectuado, se realizó aplicando criterios de rechazo, en este caso, “Cinco Veces el Error Probable” [Lunar, 2000]. Este criterio fija una tolerancia a la probabilidad del 50% (criterio de rechazo suficiente en este tipo de trabajos).El rechazo se da si el valor de un residual (diferencia de coordenadas NTRIP vs. estático-rápido) supera cinco veces el error probable, dado por:     

dónde: Ep es el error probable y σx la desviación estándar. La calidad arrojada en el procesamiento de los datos empleando el modo estático-rápido fue de ±0,03m, permitiendo tener coordenadas patrón con precisiones suficientes para la comparación con NTRIP, en las Figuras 23 a 25 se pueden visualizar las diferencias para el Norte, Este y Altura respectivamente con 3, 5, 10 y 15 épocas de medición.

50


Figura 23: Comparación de la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP (3, 5, 10, 15 épocas) a una distancia de 3,2Km.

Figura 24: Comparación de la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP (3, 5, 10, 15 épocas) a una distancia de 3,2Km.

Figura 25: Comparación de la componente Altura obtenida con estático-rápido y NTRIP (3, 5, 10, 15 épocas) a una distancia de 3,2Km.

Se puede observar que las mediciones asistidas con NTRIP a 3, 5, 10 y 15 épocas, presentan diferencias menores a ±0,06m para el Norte, a ±0,08m para el Este y ±0,10m para la altura, considerándose consistentes entre ellas. En cuanto al comportamiento de los resultados con un mayor número de épocas, en las Figuras 26 a 28 se pueden visualizar las diferencias obtenidas 51


para el Norte, Este y Altura respectivamente en 20, 25 y 30 épocas de medición, estos residuales (diferencias de coordenadas) no sobrepasan los ±0,10m para las tres componentes del posicionamiento.

Figura 26: Comparación de la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP (20, 25, y 30 épocas) a una distancia de 3,2Km.

Figura 27: Comparación de la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP (20, 25, y 30 épocas) a una distancia de 3,2Km.

Figura 28: Comparación de la componente Altura obtenida con estático-rápido y NTRIP (20, 25, y 30 épocas) a una distancia de 3,2Km. 52


Para todas estas épocas de medición se observaron valores que exceden el criterio de rechazo aplicado a las estimaciones en posición y altura para cada época de forma independiente, estos puntos se resaltaron en color rojo en las figuras vistas. Entre los factores que favorecieron la obtención de soluciones fijas en esta prueba podemos mencionar, la longitud de la línea base desde el conjunto residencial a la estación de referencia generadora de correcciones, las pocas obstrucciones presentes que permitieron la visibilidad de más de 6 satélites generando un PDOP ( Position Dilution of Precision) no mayor a 2 y la amplia cobertura para transmisión de datos existente en la zona la cual brindó una conexión estable a Internet durante gran parte de la jornada de campo. Otro aspecto considerado para la evaluación de los resultados con NTRIP fue la comparación de los mismos en cada una de las épocas de registro. La Figura 29 muestra el comportamiento de los residuales para las tres componentes. Se puede apreciar que las diferencias se mantienen iguales de época a época y que con 3 épocas se tiene una calidad similar a las obtenidas con 30 épocas, lo que demuestra que el número de épocas de observación no es un factor determinante en los resultados tal como puede suceder en el RTK, ya que las mediciones realizadas con menor cantidad de épocas ofrecen un resultado similar que con un número mayor.

Figura 29: Diferencias entre cada componente con respecto a las épocas de medición para la prueba a una distancia de 3,2Km.

La evaluación de las precisiones con la implementación de estas dos modalidades se puede apreciar en la Figura 30, donde se comparan distancias medidas de manera directa por medio

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de una cinta métrica graduada al centímetro y las distancias calculadas con las coordenadas NTRIP y estático-rápido respectivamente.

Figura 30: Comparación entre distancias medidas con cinta y distancias calculadas (estático-rápido/NTRIP). Prueba a 3Km.

Un total de 5 distancias se consideraron para dicha evaluación; las diferencias con respecto a NTRIP son mostradas en color rojo y no superan los ±0,10m, además en 3 de los 5 casos se pudo observar que su diferencia era menor a la obtenida con estático-rápido mostrado en color azul, arrojando valores alrededor de ±0,02m.

3.4. LEVANTAMIENTOS SOBRE LÍNEAS BASE DE 6Km Para este levantamiento fue seleccionada una locación ubicada al norte de la ciudad de Maracaibo, específicamente en Residencias Terra Norte ubicada en la Parroquia Olegario Villalobos. La longitud de la línea base es de 5,8Km aproximadamente y la ubicación relativa entre la estación de referencia y los puntos levantados se puede apreciar en la Figura 31. La adquisición, tratamiento y análisis de las estimaciones se realizó de manera similar a la descrita en la sección 3.3, evaluándose las mismas sobre líneas base de mayor extensión. En el área de prueba se seleccionaron diez (10) puntos que definen el circuito vial del conjunto residencial, ubicados estos sobre un tramo de la calle que coincide con una de sus redomas; en la Figura 32a y 32b se muestra la medición de los puntos CD01 y CD02; que forman parte del grupo de los elementos levantados vistos en la Figura 33. 54


Figura 31: Ubicación relativa entre la estación de referencia r eferencia y el lugar del levantamiento ( Residencias Terra Norte).

Figura 32a: Medición sobre el punto CD01.

Figura 32b: Medición sobre el punto CD02.

Figura 33: Ubicación relativa de los puntos levantados en Residencias Terra Norte Norte.

55


Inicialmente se comprobó que la operadora móvil Movistar móvil Movistar (utilizada (utilizada en esta prueba) brindara la cobertura necesaria para la transmisión de datos en el lugar seleccionado, pues es sabido que en ciertas zonas de la ciudad el servicio de Internet proporcionado por este medio presenta fallas; una vez comprobada la recepción de la señal se procedió de manera inmediata a realizar la configuración del equipo con la correspondiente combinación de dispositivos para las mediciones NTRIP en los vértices seleccionados. seleccionad os. Se esperó por aproximadamente 20 minutos hasta recibir las correcciones desde el caster y así se fijar las ambigüedades en las observaciones, la poca disponibilidad de satélites junto a la deficiencia del servicio de Internet, fueron factores influyentes en la extensión del tiempo de inicialización. Los servicios de Movistar de Movistar y Digitel presentaron fallas durante todo el trabajo de campo, se presume insuficiencias en sus respectivas plataformas. Logrado esto, se comenzó el levantamiento de los puntos seleccionados, no obstante, se presentaron dificultades asociadas con el entorno, en torno, como por ejemplo obstrucciones por parte de la vegetación y edificaciones del conjunto residencial, convirtiéndolo en un cañón urbano; el PDOP resultó elevado infiriéndose la realización de observaciones bajo una inapropiada distribución geométrica de los satélites respecto a las estaciones. Esta situación, sumada a la ya expuesta en el párrafo previo, disminuyó la rapidez en la resolución de ambigüedades. Solo fueron ocupados cinco (5) puntos, a los cuales se les estimaron sus coordenadas en tiempo real NTRIP y al aplicar estático-rápido postprocesado. Los estimadores de precisión horizontal y vertical para las determinaciones NTRIP son mostrados en la Tabla 10, junto con sus valores mínimos y máximos. Tabla10: Precisión de las mediciones GPS-NTRIP a una distancia de 5,8Km.

Estimadores

HRMS (m)

VRMS (m)

Media ±σ

0,04 ± 0,01

0,06 ± 0,02

Máximo

0,06

0,12

Mínimo

0,04

0,04

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La conexión al caster presentó presentó varias interrupciones debido a la inestabilidad de la cobertura de la señal telefónica y a las obstrucciones presentes en el área tal y como fuera expresado previamente, sin embargo se lograron obtener soluciones fijas para todos los puntos. La comparación de los resultados entre la estimación NTRIP para 3, 5, 10, 15, 20, 25 y 30 épocas y el modo estático-rápido se puede visualizar en las figuras 34 a 36 con respecto al Norte, Este y Altura respectivamente.

Figura 34: Comparación de la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 5,8Km.

Figura 35: Comparación de la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 5,8Km.

Figura 36: Comparación de la componente Altura obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 5,8Km. 57


En las figuras anteriores se aprecia que las diferencias obtenidas en cuanto al Norte, Este y Altura para el punto CD02 (señalado en color rojo) sobrepasan el límite de tolerancia establecido, debido a que en este punto el tiempo de ocupación estuvo sujeto a irregularidades con respecto a la recepción de las correcciones y a la descarga de los paquetes de datos, lo cual ocasionaba una inestabilidad en el equipo, por lo que se considera la posibilidad de que a pesar de que mostrara soluciones fijas, éstas aún se encontraban en condición flotante. Por lo tanto, este punto no se consideró en la evaluación de los resultados finales. En cuanto al resto de los puntos se observaron diferencias en las componentes del posicionamiento que no sobrepasan los ±0,05m, sin embargo el punto CD03 para la Altura presenta una diferencia que sobrepasa los ±0,60m siendo rechazado dicho resultado. Por su parte el punto CD05 a pesar de mostrar un pico en la componente Este, para el Norte y Altura se situaba por debajo de ±0,10m, este también fue descartado. Para la comparación de una época a otra, las diferencias obtenidas en las posiciones son mostradas en la Figura 37, el comportamiento de los resultados es similar al de la primera prueba realizada a 3Km de distancia respecto a la estación de referencia; estos se mantienen y presentan diferencias no mayores a ±0,04m.

Figura 37: Diferencias en cada componente con respecto a las épocas de medición para la prueba a una distancia de 5,8Km.

Durante esta prueba también se utilizó el patrón de comparación que permitiera observar las diferencias de distancias en el terreno entre una medida directa tomada con cinta y una 58


calculada por medio de las coordenadas de los puntos, para luego compararlas entre si y determinar la bondades de las mediciones estático-rápido y NTRIP, estando en el mismo orden reportado para la prueba anterior. Los resultados de esta evaluación se plasman en la Figura 38.

Figura 38: Comparación entre distancias medidas con cinta y calculadas (estático-rápido/NTRIP). Prueba a 6Km.

Las diferencias de distancias calculadas entre los puntos CD01 y CD02 con el modo estáticorápido están mostradas en color azul y su valor es de ±0,48m por su parte la diferencia con NTRIP mostrada en color rojo es de ±0,02m. ± 0,02m. En cuanto a la distancia entre los puntos CD03 y CD04 se muestra una diferencia de ±0,004m con el modo estático-rápido y para NTRIP de ±0,08m. Para el momento de realizar las mediciones con estático-rápido el equipo presentó fallas a nivel del software software que impedían medir de forma ininterrumpida la sesión de observación, esto justifica que en el punto CD01 el valor de su posición y altura no sea lo suficientemente certero, haciéndose evidente en la comparación de la distancia medida respecto a NTRIP.

3.5. LEVANTAMIENTOS SOBRE LÍNEAS BASE DE 7Km Esta prueba se realizó en un inmueble ubicado en el Sector Libertador de la Parroquia Antonio Borjas Romero al Oeste del Municipio Maracaibo, el levantamiento de los puntos se ejecutó a una distancia de 7,0Km de la estación de referencia MARA, en la Figura 39 se presenta la ubicación relativa de la misma.

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Figura 39: Ubicación relativa entre la estación de referencia y el lugar del levantamiento (inmueble, Sector Libertador).

Las mediciones y su respectivo tratamiento se realizó bajo las mismas consideraciones que se han venido exponiendo, ocupándose los puntos que materializan los límites del inmueble, cinco (5) en total. La ubicación de los elementos levantados sobre la fachada del inmueble se visualizan en la Figura 40, mientras que en la Figura 41 se muestra específicamente la medición del primer vértice CI01, ubicado en la esquina frontal derecha, la ubicación relativa del resto de los puntos levantados se presenta de manera clara en la Figura 42.

Figura 40: Puntos medidos en la fachada de la Casa # 79G-49.

Los valores estadísticos calculados a partir de la precisión interna arrojada por el equipo para cada punto medido con NTRIP, están representados en la Tabla 11, siendo estos consistentes con los resultados de las pruebas anteriores.

60


Figura 41: Medición del punto CI01.

Figura 42: Ubicación relativa de los puntos levantados en la Casa # 79G-49. Tabla 11: Precisión de las mediciones GPS-NTRIP a una distancia de 7,0Km.

Estimadores

HRMS (m)

VRMS (m)

Media ±σ

0,05 ± 0,01

0,06 ± 0,03

Máximo

0,03

0,07

Mínimo

0,02

0,06

Las mediciones en esta prueba se llevaron a cabo de manera satisfactoria, sin inconvenientes como los descritos en la sección 3.4. Las Figuras 43 a45 representan los resultados de la comparación de coordenadas estimadas para 3, 5, 10, 15, 20, 25 y 30 épocas de medición con i.e. estático-rápido), en el Norte, Este y Altura respecto a las coordenadas patrón ((i.e. respectivamente, observando diferencias en el Norte y Este que no superan los ±0,08m, en cuanto a la Altura los resultados no sobrepasan los ±0,06m. 61


Figura 43: Comparación de la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 7,0Km.

Figura 44: Comparación de la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 7,0Km.

Figura 45: Comparación de la componente Altura obtenida con estático-rápido y NTRIP a una distancia de 7,0Km.

Los resultados evaluados en cada una de las épocas para su comparación entre sí, se pueden apreciar en la Figura 46 donde la diferencias en el Norte, Este y Altura para las 7 épocas

62


consideradas se mantiene casi constante, las diferencias de una época a otra no sobrepasan los ±0,01m mostrando una tendencia clara y estable.

Figura 46: Diferencias obtenidas para cada componente con respecto a las épocas de medición para la prueba a una distancia de 7,0Km.

Para el caso de la evaluación independiente entre métodos de observación, los valores que arrojan la comparación de la distancia medida con cinta en campo, respecto a la calculada por medio de las estimaciones NTRIP y estático-rápido, no sobrepasan los ±0,06m, esto se puede ver gráficamente en la Figura 47, donde el color rojo representa las diferencias con NTRIP y el azul con estático-rápido.

Figura 47: Comparación entre distancias medidas con cinta y distancias calculadas (estático-rápido/NTRIP). Prueba a 7,0Km.

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3.6. LEVANTAMIENTOS SOBRE LÍNEAS BASE MAYORES A 12Km La realización de estas pruebas se llevó a cabo con la finalidad de experimentar la utilización de la tecnología NTRIP en zonas semi-urbanas y rurales ubicadas en la periferia de la ciudad de Maracaibo, a pesar de que los lugares seleccionados se encontraban a distancias que superan el alcance del equipo. El primer levantamiento se ejecutó al sur de la ciudad en el Municipio San Francisco, específicamente en la Escuela Arquidiócesana “ Don Cecilio Acosta” ubicada en el Sector Carabobo de la Parroquia Domitila Flores a 13,8Km de la estación MARA, en la Figura 48 se observa la ubicación relativa del levantamiento realizado en esta prueba, además la Figura 49 ilustra el punto levantado.

Figura 48: Ubicación relativa entre la estación de referencia y el lugar del levantamiento (Escuela, Sector Carabobo).

En el segundo levantamiento se realizaron mediciones en la Playa APUZ, específicamente en el punto APU2, establecido a través de un Servicio Comunitario efectuado por el CPAGSLUZ [Angarita et al., 2011], ubicada en la zona norte del Estado Zulia. La ubicación relativa y la distancia entre la estación de referencia REMOS-MARA y el levantamiento se observa en

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la Figura 50, por su parte la ubicación del punto levantado y la medición del mismo se visualiza en las Figura 51 y 52 respectivamente.

Figura 49: Ubicación del punto levantado CO01.

Figura 50: Ubicación relativa entre la estación de referencia y el lugar del levantamiento (Playa APUZ).

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Figura 51: Ubicación del punto levantado APU2.

Figura 52: Medición del punto APU2.

La precisión interna registrada por el equipo para los puntos levantados en estas pruebas a 13,8Km y 22,7Km se muestran en la Tabla 12 y 13 respectivamente, observando que a pesar de que la longitud de la línea base supera el alcance del equipo se tienen valores máximos por debajo del metro. Tabla 12: Precisión de las mediciones GPS-NTRIP a una distancia de 13,8Km.

´

Estimadores

HRMS (m)

VRMS (m)

Media ±σ

0,25 ± 0,09

0,31 ± 0,10

Máximo

0,36

0,44

Mínimo

0,20

0,23 66


Tabla 13: Precisión de las mediciones GPS-NTRIP a una distancia de 22,7Km.

Estimadores

HRMS (m)

VRMS (m)

Media ±σ

0,23 ± 0,12

0,27 ± 0,11

Máximo

0,52

0,45

Mínimo

0,12

0,14

Se evaluó la funcionabilidad de los dispositivos empleados sobre distancias de 13Km (líneas bases cortas) y de 23Km (líneas bases medias), para así tener una perspectiva de la calidad de los resultados en zonas donde este factor es determinante debido al alcance del equipo. La cobertura telefónica en dichas pruebas era menor que en áreas urbanas, sin embargo permitía el acceso a Internet pero de forma inestable retardando la recepción de los paquetes de datos, debido a esto la latencia aumentaba fácilmente y el equipo no logró fijar las ambigüedades. Debido a esta situación solo se decidió tomar observaciones flotantes en un solo punto de cada locación, para luego contrastar estos resultados con los ofrecidos en trabajos previos en donde se determinaron las coordenadas de los puntos APU2 y CO01. Se tomaron las soluciones flotantes para todas las épocas (3, 5, 10, 15, 20, 25 y 30) en el punto CO01 mientras que en el punto APU2 sólo se registraron valores para 3, 5 y 10 épocas. Los resultados de dichas comparación se podrán observar en las Figuras 53 a 55 para el Norte, Este y Altura respectivamente.

Figura 53: Comparación para la componente Norte obtenida con estático-rápido y NTRIP para los puntos CO01 y APU2.

Figura 54: Comparación para la componente Este obtenida con estático-rápido y NTRIP para los puntos CO01 y APU2.

67


Figura 55: Comparación para la componente Altura obtenida con estático-rápido y NTRIP para los puntos CO01 y APU2.

Para el punto APU2 los valores se mantienen por debajo de ±0,30m. En el punto CO01se observan diferencias de hasta ±0,40m para el Norte en la mayoría de las épocas, mientras que para el Este se encuentran por debajo de ±0,10m, en la Altura los valores exceden los ±0,50m acercándose casi al metro de diferencia. En este caso particular la calidad de la componente Este de los resultados a 13Km es el único residual que está por debajo de los obtenidos a distancias de 23Km en donde el Norte y la Altura del punto levantado se estimaron con mayor precisión. Considerando las pruebas realizadas a diferentes longitudes de línea base, puede afirmarse que en términos generales, se logró determinar la factibilidad de la implementación del NTRIP en términos de producción para trabajos cartográficos y catastrales, imponiéndose sobre otras metodologías en tiempo real (e.g. RTK) y en postproceso GPS (e.g. estáticorápido). A partir de los resultados de las pruebas descritas se demostró que independientemente de la duración de las épocas de registro (desde 3 hasta 30) el resultado va a ser el mismo manteniendo su precisión al nivel centimétrico. En la Figura 56 se exhiben los residuales en posición y altura entre la estimación NTRIP y el modo estático-rápido según la longitud de las líneas bases definidas para cada locación.

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Figura 56: Residuales obtenidos entre NTRIP y estático-rápido según las distancia de la línea base.

El incremento de los residuales es proporcional a la longitud de la línea base respecto a la estación MARA, a excepción de la prueba realizada a 13Km en la que se presentó una falla a nivel instrumental. En este caso queda demostrado que para líneas bases de hasta 7Km con el uso de una frecuencia se obtienen calidades de ±0,10m. Además su alcance para líneas bases mayores a 12Km con condiciones ideales se pueden reflejar a partir de soluciones flotantes con calidades de ±0,20m. Naturalmente, el uso de doble frecuencia permitiría obtener resultados de mejor calidad para líneas de mayor extensión.

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4. ASPECTOS A CONSIDERAR PARA LA IMPLEMENTACIÓN DEL NTRIP EN OPERACIONES CARTOGRÁFICAS Y CATASTRALES 70


4. ASPECTOS A CONSIDERAR PARA LA IMPLEMENTACIÓN DEL NTRIP EN OPERACIONES CARTOGRÁFICAS Y CATASTRALES De acuerdo con los resultados de las pruebas presentadas anteriormente, se pueden evaluar los aportes técnicos y económicos, que brindará la implementación de esta tecnología en las actividades que se ejecutan en trabajos cartográficos y catastrales a nivel municipal. El aporte técnico más importante de realizar mediciones con NTRIP en el ámbito de estudio radica en la obtención de exactitudes menores a ±0,10m en longitudes de líneas bases de hasta 12Km con equipos de una frecuencia (esto bajo condiciones ideales, es decir, transmisión y recepción de datos de manera fluida, además de una buena cobertura celular en el sitio que mantenga una conexión estable con el caster que emite las correcciones), la calidad de los resultados es suficiente para realizar actividades que generen productos cartográficos y catastrales en áreas urbanas y rurales. La implementación de esta tecnología en las actividades propias de la Cartografía y el Catastro, garantiza la agilidad y la optimización de los procesos que se llevan a cabo en la adquisición de datos geoespaciales, generando reducción de costos, tiempo, personal y aumentando la productividad en campo. En Venezuela gran cantidad de información geoespacial está referida a sistemas de referencia antiguos (e.g. PSAD56, Catedral de Maracaibo) lo que ha propiciado que el empleo de nuevas técnicas de medición satelital no sean aprovechadas correctamente, dichas técnicas ofrecen resultados referidos al marco de referencia global vigente (a la fecha el ITRF2008) y los mismos deben ser migrados a sistemas de referencia obsoletos, lo cual no permite mantener en nuestro país un sistema geodésico de vanguardia. Actualmente la aplicación de esta tecnología puede llegar a zonas rurales en donde anteriormente no existían antenas transmisoras de las compañías de telecomunicaciones venezolanas desprendiendo el uso de ella sólo en zonas pobladas.

71


El protocolo NTRIP permite levantar información geoespacial de forma rápida y precisa para la generación y actualización de la cartografía. Además, permite la vinculación directa con el marco de referencia nacional (SIRGAS-REGVEN) o actual (ITRF2008), ambos de utilidad constante en el país. En las siguientes secciones se describirán cada una de las aplicaciones que puede tener esta tecnología en trabajos catastrales y cartográficos que bien pudieran ser ejecutados por los organismos públicos y privados no solo en la ciudad de Maracaibo, sino también en el resto del territorio nacional. Estas han sido derivadas a partir de la adquisición geoespacial ya descrita y tomando las estimaciones NTRIP a 3 épocas.

4.1. APLICACIÓN EN TRABAJOS CATASTRALES La tecnología NTRIP ofrece calidades que cumplen e incluso pueden llegar a estar por debajo de lo establecido en las Normas Técnicas para la Formación y Conservación del Catastro Nacional , en áreas donde la cobertura telefónica y del servicio de Internet sea óptima, proporcionando así la generación de productos catastrales que permiten una correcta identificación, delimitación y ubicación de los inmuebles del Municipio, permitiendo una mejor planificación y ordenación del territorio. La aplicación de este protocolo en el área catastral se enmarca en actividades que requieran métodos de medición rápidos y que garanticen una alta productividad en la determinación de posición precisa, evitando el trabajo del postprocesamiento, sin que todo esto interfiera con las exactitudes exigidas por la Alcaldía del Municipio Maracaibo e IGVSB. Entre sus aplicaciones se encuentran: verificación de la calidad de los puntos de la Red Geodésica Municipal, levantamiento parcelario, verificación de linderos, levantamiento de detalles, planos de mensura y actualización del catastro. En este sentido la Figura 57 sirve para ilustrar un ejemplo práctico derivado de la prueba descrita en la sección 3.5, a partir de la cual se levantaron los vértices del inmueble, 72


confeccionando así su plano de mensura. Las coordenadas obtenidas se representaron gráficamente con ayuda de una plataforma CAD definiendo así la forma y orientación de la parcela, siendo esta coincidente con la realidad en el campo.

Figura 57: Vértices del inmueble en el Sector Libertador.

Este inmueble abarca hoy en día un terreno anexo en su parte posterior y una inclusión adicional hacia su costado Norte, de aquí otra aplicación desarrollada a partir de 3.5 consistió en la verificación del mapa digital de la ciudad del año 1996, referido al sistema plano local Catedral de Maracaibo. En este caso, fue necesario llevar las coordenadas de los vértices levantados con NTRIP a dicho sistema de coordenadas, utilizando para ello la aplicación GEOUTMPL v5 [Royero, 2004]. Una vez dispuestos los vértices expresado en sistema local, sobre la base cartográfica en cuestión, se verificó la situación actual de sus linderos respecto a la información del año 1996, esto se aprecia en la Figura 58. Las líneas en color azul materializan los límites actuales del inmueble.

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Figura 58: Verificación de linderos para actualización del mapa digital-inmueble en el Sector Libertador.

La información geoespacial expresada por el mapa digital de 1996 se actualizó a través de la implementación de la tecnología NTRIP. Se notó un desplazamiento de ±2m entre los vértices levantados vía GPS (en tiempo real y estático-rápido) respecto al mapa, esto debido a las deficiencias de la digitalización realizada en su momento, de los productos fotogramétricos que conllevaron a la confección del mismo. En este sentido, en la Tabla 14 se muestra la comparación del desplazamiento para los puntos medidos utilizando NTRIP y estático-rápido con respecto al plano en el sistema Catedral, estas diferencias no superan los ±0,09m demostrando que para verificación de linderos y detección de inconsistencias en la información cartográfica el empleo de esta tecnología es confiable.

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Tabla 14: Desplazamiento de coordenadas medidas NTRIP y estático-rápido, respecto al Sistema Plano Catedral. Catedral-Estático NTRIP-Estático Vértice Catedral-NTRIP (m) rápido (m) rápido (m) 1,74 CI01 1,69 0,05 1,97 CI02 1,93 0,04 2,09 CI03 2,00 0,09 2,08 CI04 2,01 0,06 1,85 CI05 1,83 0,02

Por otra parte y considerando la adquisición reportada en la sección 3.4, se demuestra de forma práctica como NTRIP permite efectivamente la actualización de información cartográfica/catastral (ver Figura 59) indispensable para cualquier Municipio. Para el año 1996, hacia la zona Norte de la ciudad no existían las residencias ubicadas en ese espacio geográfico, y es aquí como se evidencia que la implementación de este protocolo para efectuar levantamientos GPS/GNSS en tiempo real, representa una herramienta valiosa al momento de adquirir datos geoespaciales que permitan la generación de mapas actualizados y en un marco de referencia moderno.

Figura 59: Actualización cartográfica/catastral. Residencias Terra Norte. 75


El mapa digital de Maracaibo disponible tal y como se ha dicho anteriormente, ofrece una configuración de elementos que para la fecha actual, no necesariamente se mantiene, por ejemplo, nuevas edificaciones, desarrollo vial, ampliación de terrenos, parcelamientos, entre otros que en él no están contenidos. Otro ensayo de implementación se dió a partir del levantamiento descrito en la sección 3.3; de esta manera se compararon las medidas obtenidas por medio de la plataforma CAD con la que fueron representados los puntos NTRIP (ver Figura 60a), con las medidas de cada inmueble en el plano arquitectónico de la urbanización (ver Figura 60b).

Figura 60a: Actualización catastral, Conjunto Residencial Tierra del Sol II.

Figura 60b: Plano Arquitectónico, Conjunto Residencial Tierra del Sol II.

En la Tabla 15 se aprecia la comparación de las distancias extraídas del plano arquitectónico respecto a las proporcionadas por la plataforma CAD. Siendo estas diferencias no mayores a ±0,09m se tiene consistencia con los resultados previos que demuestran la calidad de la información levantada en tiempo real NTRIP. Para fines de inspección y control de obra por parte de los entes responsables, la fiabilidad de esta tecnología queda expuesta.

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Tabla 15: Comparación de distancias medidas en CAD con respecto a las distancias descritas en el Plano Arquitectónico.

Estimaciones

Ancho de calle

Longitud lateral de inmuebles

Longitud frontal de inmueble

Distancia (m) Plano Arquitectónico

6,00

16,35

7,20

Distancias (m) Plataforma CAD

5,97

16,31

7,29

Diferencias (m)

0,03

0,04

0,09

4.2. APLICACIÓN EN TRABAJOS CARTOGRÁFICOS La producción cartográfica debe apuntar hacia un mejoramiento constante por medio de la optimización de las tecnologías de generación de mapas. Por este motivo, la tecnología NTRIP es una alternativa factible para este tipo de trabajos, ofreciendo un rendimiento en términos de calidad que proporciona información geoespacial confiable. Hoy en día el IGVSB por medio del Programa Nacional de Catastro requiere generar cartografía urbana a escala 1:1000 [IGVSB, 2012] que permita detallar e identificar de manera rápida y eficaz los elementos del entorno espacial teniendo una ubicación más concisa y precisa para una mejor planificación territorial de las comunidades localizadas en cada Municipio. La generación de cartografía a escala 1:1000 en zonas urbanas permite tener mayores detalles de los inmuebles que componen el área, es por ello que requiere de puntos de apoyo que presenten un error planimétrico inferior a ±0,10m, para la cartografía a escala 1:5000 en zonas rurales el error en la estimación no debe ser mayor a ±0,50m. La implementación de la tecnología NTRIP permite obtener resultados que cumplen con dicho requerimiento y además en mucho menor tiempo que con otros métodos de observación, lo cual ha significado su evaluación como elemento importante para el levantamiento y actualización cartográfica.

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Una amplia gama de aplicaciones pueden beneficiarse con esta modalidad de observación, desde un levantamiento parcelario con fines catastrales, como se ha visto en la sección 4.1, hasta la adquisición de datos geoespaciales para la confección de un SIG, incluyendo el establecimiento de puntos de control terrestre para la georreferenciación de imágenes satelitales de mediana y alta resolución espacial. Las imágenes satelitales utilizadas para actualización cartográfica requieren de una correcta georreferenciación, la tecnología NTRIP como herramienta para la definición de puntos de control, representa una alternativa confiable que proporciona exactitudes centimétricas, suficientes para este tipo de aplicación. El nivel de precisión alcanzado en la georreferenciación depende en gran medida de las exactitudes ofrecidas por el modo de medición empleado y de la escala a la cual se vaya a realizar el trabajo, el uso de NTRIP solventa el primer factor mencionado. Para evaluar la bondad del NTRIP en aplicaciones asociadas a la georreferenciación, se hizo uso del ArcGIS y de las imágenes digitales integradas ofrecidas por la plataforma ArcMap Imagery, estas son de tipo satelital y de baja resolución espacial (1m) fuera del territorio de los Estados Unidos siendo captadas en 2010. Sobre esta base, fueron dispuestos los elementos geoespaciales levantados con GPS-TR NTRIP según 3.4 y 3.5. Debido a que la calidad de los puntos levantados en tiempo real es mucho menor a 1m, estos bien pueden ser considerados como patrón para la verificación de la correcta georreferenciación de estas imágenes (ver Figuras 61 y 62). Además la información geoespacial levantada con NTRIP en la prueba de la sección 3.3, se plasmó sobre otro tipo de imagen base, en este caso ortofotos ofrecidas por el Bing Map Aerial del servicio web de ArcGIS , su resolución es variable en todo el mundo llegando a estar por debajo de 1m. En la Figura 63 se muestran los puntos sobre el producto fotogramétrico.

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Figura 61: Puntos digitalizados sobre el Imagery. Residencias Terra Norte.

Figura 62: Puntos digitalizados sobre el Imagery. Inmueble-Sector Libertador.

Figura 63: Puntos digitalizados sobre el Bing MapAerial. Conjunto Residencial Tierra del Sol II.

La cartografía como instrumento básico de georreferenciación requiere del conocimiento preciso de la forma y dimensiones del espacio en el que se ubica la información, para conseguirlo, es necesario utilizar métodos de medición que permitan obtener coordenadas confiables y se ha visto como la adquisición con NTRIP puede satisfacer estas y otros necesidades relacionadas. Operaciones de campo referentes al levantamiento de información geográfica de manzanas, parcelas, calles, entre otros, ubicados en el interior de las localidades, se logran llevar a cabo de manera eficaz con la tecnología NTRIP, permitiendo además la vinculación al marco de 79


referencia oficial, definiendo sin incertidumbre la ubicación de los diversos elementos, detalles y obras existentes en el terreno, contribuyendo a la reducción del gastos y a la obtención de información geoespacial confiable y oportuna. Debido a esto es importante aprovechar al máximo la potencialidad del este protocolo capaz de ofrecer la calidad requerida para la producción de productos cartográficos. Los levantamientos que se realizan empleando NTRIP garantizan precisiones al nivel centimétrico, y además permite la adquisición de información geoespacial de una gran cantidad de puntos por cada hora (30 puntos aproximadamente).

4.3. CONSIDERACIONES FINALES Se presentan algunas consideraciones que más allá de indicar las bondades desde el punto de vista de la precisión y exactitud ofrecida por el GPS/GNSS NTRIP, brindan una visión de la optimización a nivel logístico y económico. Al tener disponibilidad de una red de estaciones activas capaces de ofrecer correcciones diferenciales mediante el protocolo NTRIP, no es necesario tener un receptor base, por lo tanto se reduce la cantidad de instrumentos desplegados en campo al igual que la de personal, de hecho, se dispondría de un receptor rover adicional y de esta forma se logra agilizar la producción y disminuir costos. En comparación con otras variantes de medición en tiempo real como el RTK, la tecnología NTRIP permite realizar observaciones con la ayuda de un teléfono celular de última generación afiliado a un plan de datos, lo que es económico y accesible para diferentes usuarios, mientras que el RTK requiere de radios modem transmisores, cuyo costo de inversión asociado pudiera ser elevado, debe mencionarse además, la complejidad técnicologística del RTK.

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La técnica RTK presenta limitaciones que impactan sobre la calidad de las estimaciones, esta decrece al aumentar la longitud de la línea base debiéndose principalmente a que la efectividad de la medición con un modem radiotransmisor tiende a ser inversamente proporcional a la longitud de la línea base, al resultar más difícil fijar las ambigüedades a medida que aumenta la distancia entre la estación fija y el usuario móvil. En cuanto a los métodos estándar del GPS, el protocolo NTRIP ofrece la ventaja de obtener los resultados en el campo al momento de la medición y no se requiere un postproceso, reduciendo así el tiempo de ejecución de proyectos en especial los que demandan gran producción. El acceso a Internet, más económico a la fecha de realización de este trabajo, a través de un teléfono celular suscrito a las compañías telefónicas disponibles en el país, ( Movilnet , Digitel , Movistar ) varía en un orden de 20BsF. (4,6$) hasta 80Bs.F. (18,6$) mensuales aproximadamente, dependiendo de la cantidad de Mb ofrecidos para la descarga de datos, siendo los planes por debajo de 50Bs.F. (11,6$) los que ofrecen datos de navegación de hasta 30Mb suficientes para suministrar la descarga de paquetes de datos requeridos por NTRIP. Adicional a esto, con los datos que se obtienen se garantiza una correcta georreferenciación, ya que al usar correcciones emitidas por estaciones permanentes se tiene la certeza de estar partiendo de coordenadas de referencia en el marco vigente (en la modalidad tiempo real las coordenadas de la estación de referencia están incluidas en la corrección). De todo esto de deduce que la tecnología NTRIP resulta viable en términos económicos y técnicos para trabajos de adquisición geoespacial bajo condiciones favorables (redes móviles de datos optimas), la longitud de línea base no es un factor determinante siempre y cuando se disponga del receptor GPS/GNSS adecuado y la flexibilidad al momento de efectuar el trabajo de campo es sumamente ventajoso.

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CONCLUSIONES 82


CONCLUSIONES De acuerdo a las pruebas realizadas en la presente investigación, se logró poner en evidencia el amplio uso que permite la tecnología NTRIP en materia cartográfica y catastral, solo es necesario disponer de receptores que posean la capacidad de transmisión de datos y recepción de correcciones diferenciales, además de una conexión a Internet, ya sea por medio de un modem USB o de un teléfono celular con capacidad de envío y recepción de paquetes de datos, logrando el éxito siempre y cuando la combinación de los dispositivos sea correcta. Las pruebas llevadas en las distintas locaciones seleccionadas, demuestran la bondad de las observaciones en tiempo real del protocolo NTRIP usando la portadora GPS L1 así como la ventaja de contar con una estación continua/activa en la zona que genere correcciones diferenciales. Las exactitudes alcanzadas con NTRIP, ofrecieron resultados en el orden del centímetro observándose una tendencia de crecimiento del valor de los residuales al incrementar la longitud de la línea base, lo que permite deducir que son confiables ya que se acercan a los ofrecidos por otras técnicas empleadas. Debido a que el equipo empleado es de una frecuencia, su alcance se limitó a 12Km respecto a la estación base, esto ocasionó que en las zonas semi-urbanas y rurales donde se ejecutaron las pruebas se notara el retardo en la recepción de correcciones, lo que aumenta su latencia, influyendo en las variaciones de las coordenadas finales que arrojaron precisiones mayores de ±0,10m. Estos resultados garantizan que las estimaciones con NTRIP son aplicables en trabajos cartográficos y catastrales requeridos por diferentes entes públicos y privados, imponiéndose la metodología en tiempo real sobre técnicas que requieren del postproceso de los datos.

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NTRIP ofrece un giro a las metodologías de campo empleadas hasta hace pocos años, que obligaban al usuario a depender de estaciones bases. Contando estaciones REMOS sin duda mejorarían las operaciones de organización y logística de campo. En Venezuela el desarrollo y futuro del NTRIP tiende a ser exitoso si se impulsa su aplicación, al contar con las herramientas primordiales (fuente, servidor y caster definido por la estación MARA, y servicios de Internet vía celular), ofreciendo al usuario una forma adicional, confiable y sencilla para generar y/o actualizar información cartográfica con fines diversos incluyendo el catastral.

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RECOMENDACIONES 85


RECOMENDACIONES Promover el uso del NTRIP en las Alcaldías de los Municipios para la generación de productos catastrales, en base a las bondades que ofrecen las mediciones GPS/GNSS en tiempo real asistidas por este protocolo. Se recomienda al IGVSB actualizar las Especificaciones Técnicas para la Formación y Conservación del Catastro Nacional, incluyendo la tecnología NTRIP como modo de medición GPS adicional a los métodos estándar ya empelados, ofreciendo esta como una nueva alternativa para la recolección de información geoespacial. Considerar la implementación de la tecnología NTRIP para el actual proyecto puesto en marcha por el IGVSB, "Generación de cartografía a escala 1:1000 en las áreas urbanas del Territorio Nacional ". La Alcaldía del Municipio Maracaibo podrá generar información cartográfica confiable en su ámbito urbano de una forma rápida y eficiente, teniendo además ahorros de costos en cuanto a equipos y personal. Se sugiere al IGVSB la implementación del servicio NTRIP para la trasmisión de correcciones DGPS/RTK vía IP en la Red de Estaciones de Monitoreo Satelital GPS (REMOS), lo que permitirá extender el servicio NTRIP a usuarios dentro del territorio nacional, quienes podrán vincularse directamente y en tiempo real al Sistema Geodésico Nacional, además de la facilidad de obtener coordenadas con calidad centimétrica. Verificar el funcionamiento del instrumental que será empleado en la ejecución de las pruebas diseñadas, para evitar que el receptor GPS/GNSS impida completar los levantamientos programados. Además se recomienda la implementación de esta tecnología utilizando receptores doble frecuencia, y así lograr tener un alcance en líneas bases que superan a las consideradas en este trabajo de investigación.

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