Procesamiento Ppp de Observaciones Gnss Utilizando Software Libre Rtklib

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GEOGRÁFICA

PROCESAMIENTO PPP DE OBSERVACIONES GNSS UTILIZANDO SOFTWARE LIBRE RTKLIB MAURICIO ERNESTO PAREDES WIEDEHOLD

Profesor guía: MSc. Ariel Silva Hidalgo “Trabajo de Titulación presentado en conformidad

a

los

requisitos

para

obtener el Título de Ingeniero de Ejecución en Geomensura”

Santiago – Chile 2013

©Mauricio Ernesto Paredes Wiedehold “Se autoriza la reproducción parcial o total de esta obra, con fines académicos, por cualquier forma, medio o procedimiento, siempre y cuando se incluya la cita bibliográfica del documento”.

DEDICATORIA Este trabajo significa un cierre a una de esas etapas que se pueden considerar importantes, dentro de la cual viví experiencias excelentes y otras no tanto, sin embargo todas dejaron algo en mí, así como la gente que conocí, lo que me hace sentir muy agradecido y satisfecho con lo que encontré en mi camino, es por esto siento el gusto de dar gracias a todos ellos no solo por ser parte de esta ya nombrada etapa, sino por haber contribuido en que yo esté donde ahora estoy. Especialmente nombrar a mi madre, la cual me enseño mis primeros pasos para enfrentar la vida, quien con su apoyo incondicional siempre me sacó a delante y con su cariño de madre nunca necesité otra luz. También mencionar a mi padre por sembrar en mí la semilla del amor por el conocimiento y las cosas lindas de la vida. Mi mama quien me ha brindado siempre un apoyo absoluto. Mi Tata, tías y primos que con su cariño y dedicación me han ayudado a lograr lo que soy, Mi abuela la que no se encuentra hoy. Además nombrar a Paula Gómez, quien me ha dado una mano donde no la he encontrado y una sonrisa en medio de la tristeza y a Samy Castro por ausentarme de mis demonios cuando lo necesité. Agradezco a todos ellos por hacer de mí caminar una de las mejores caricias. Finalmente nombrar a la gente que significó algo importante dentro de esta época como la Rita, el Chepas, Pato Anacleto, Daniel Adolfo, quienes me acompañaron cuando lo necesité y con los cuales generé un vínculo que trascenderá. Podría nombrar a un millón de personas más pero el espacio no alcanzaría. Para todo ellos va este paso tan significativo y gratificante.

Mauricio Ernesto Paredes Wiederhold

i

AGRADECIMIENTOS En este proceso, hubo grandes personas involucradas, dentro de los cuales les puedo agradecer a Ariel Silva por el tiempo y toda la buena voluntad que se puede esperar en un profesor, además de su conocimiento el que nunca fue negado. Eleazar Quiñimil por su dedicación, su disposición y por las largas conversaciones realizadas. Mª Carolina Valderas por su buena onda, por ofrecer la oportunidad de realizar las pruebas en la Universidad de Chile. También agradecer a patricio Anacleto y Paula Gómez por realizar las gestiones de impresiones y papeleo en la universidad mientras yo tuve que trabajar. Para todos ellos y muchos más va este agradecimiento, porque sin ellos esto no hubiese sido igual.

Quien "no encaja en el mundo" está siempre cerca de encontrarse a sí mismo. Hermann Hesse.

ii

TABLA DE CONTENIDOS CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

1

1.1. Antecedentes generales

1

1.2. Estado actual del problema

1

1.3 Hipótesis

2

1.4. Objetivos

2

1.4.1. Objetivo general

2

1.4.2. Objetivos específicos

3

1.5. Contribución y productos esperados

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Sistemas de referencia

3

4 4

2.1.1. Sistemas de referencia terrestre convencional (CTRS)

5

2.1.2. International Terrestrial Reference System (ITRS)

5

2.1.3. International Terrestrial Reference Frame (ITRF)

6

2.1.4. Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas (SIRGAS)

10

2.1.5. SIRGAS – CON

11

2.2. Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS)

14

2.2.1. Global Position System (GPS)

15

2.2.2. Global Navigation Satellite System (GLONASS)

16

2.2.3. BeiDou

17

2.2.4. Galileo

17

2.3. Señal GNSS

18

2.3.1. Señal GPS

18

2.3.2. Señal GLONASS

20

2.4. Posicionamiento por satélite 2.4.1. Observables

21 21 iii

2.4.2. Formas de posicionamiento

22

2.4.3. Errores de las observaciones GNSS

30

2.5. Networked Transport of RTCM Via Internet Protocol (NTRIP)

39

2.5.1. Componentes NTRIP

39

2.5.2. Factores que afectan las observaciones con método NTRIP

40

2.6. Posicionamiento por punto preciso

41

2.6.1. Antecedentes generales

41

2.6.2. Ecuaciones de observación

43

2.6.3. Correcciones para el método PPP

44

2.6.4. Tipos de posicionamiento PPP

49

2.7. Formato RTCM

51

2.7.1. Versiones RTCM

51

2.7.2. Tipos de mensaje RTCM

53

2.7.3. State Space Representation (SSR)

55

CAPITULO III

RTKLIB

58


58

3.2. Características y compatibilidades

58

3.3. Funciones y aplicaciones

60

CAPITULO IV

DESARROLLO

65


65

4.2. PPP en tiempo real para estaciones de referencia continua

66

4.2.1. Configuración RTKNAVI

68

4.3. PPP en tiempo real de estación de referencia CONZ por medio de RTKNAVI 4.3.1. Configuración RTKNAVI

78 78

iv

4.4. PPP en tiempo real en modo estático y cinemático de la estación DGF2 por medio de RTKNAVI mientras se le inducen movimientos

81


82

4.5. PPP en post – proceso en método estático de la estación CONZ y estaciones de GEOCOM, por medio de RTKPOST

83

4.5.1. Configuración RTKPOST

84

CAPITULO V

RESULTADOS

88

5.1. Resultados prueba con estaciones de referencia continua de empresa Geocom

88

5.1.1. TALC

89

5.1.2. SNTI

90

5.1.3. EILA

92

5.1.4. CSNO

94

5.2. Resultados Prueba procesamiento PPP en tiempo real con estación CONZ

95

5.2.1. Observación con sistema GPS

96

5.2.2. Observación con sistema GPS y GLONASS

97

5.3. Resultados prueba de procesamiento PPP en tiempo real de estación de referencia continua DGF2

97

5.3.1. PPP en tiempo real método estático

98

5.3.2. PPP en tiempo real en método cinemático

99

5.3.3. PPP en tiempo real, ambos métodos

100

5.3.4. Velocidades

101

5.4. Resultados PPP post – proceso estaciones de referencia continua de Geocom y CONZ con aplicación RTKPOST

103

5.4.1. CONZ

104

5.1.1. TALC

105 v

5.1.2. SNTI

106

5.1.3. EILA

107

5.1.4. CSNO

108

CAPITULO VI ANÁLISIS DE RESULTADOS

110

6.1. Prueba con estaciones de referencia continua de empresa Geocom

110

6.2. PPP en tiempo real para estación de referencia CONZ por medio de RTKNAVI

112

6.3. PPP en tiempo real en modo estático y cinemático por medio de RTKNAVI con movimientos inducidos en estación DGF2

113

6.4. PPP post proceso de estaciones de referencia continua de Geocom y CONZ con la aplicación RTKPOST

115

CAPITULO VII CONCLUSIONES

117

BIBLIOGRAFÍA

120

vi

INDICE DE TABLAS CAPITULO II Tabla N°2.1 Tipos de posicionamiento

23

Tabla N°2.2 Errores de observación

31

Tabla N° 2.3 Errores de la línea base

32

Tabla N° 2.4 Offset centro de fase satélites

33

Tabla N° 2.5: Correcciones en el método PPP

45

Tabla N° 2.6 Tipos de mensajes RTCM en las versiones 2.0 a la 2.3

53

Tabla N°2.7 Tipos de mensajes RTCM en la versión 3.0

55

Tabla N°2.8 Tipos de mensaje RTCM v.3 + SSR

57

CAPITULO III Tabla N° 3.1 Funciones RTKLIB

60

CAPITULO IV Tabla N° 4.1: Resultados PPP, coordenadas geocéntricas, utilizando método RTX para el día 01-01-2014

67

Tabla N° 4.2 Resultados PPP, coordenadas geodésicas, utilizando método RTX para el día 01-01-2014

67

Tabla N° 4.3 Coordenadas estaciones de referencia continua Geocom

68

Tabla N° 4.4 Coordenadas CONZ semana GPS N° 1773 obtenidas de SIRGAS.ORG

78

Tabla N° 4.5 Coordenadas DGF2

81

Tabla N°4.6 Coordenadas CONZ

84

Tabla N°4.7 Coordenadas Estaciones de referencia continua Geocom

84

CAPITULO V Tabla N°5.1Resultados TALC. Coord. Topocéntricas

90 vii

Tabla N°5.2 Resultados TALC. Coord. Geocéntricas

90

Tabla N°5.3 Exactitud TALC. Con respecto a red GNSS – Geocom

90

Tabla N°5.4 Resultados SNTI. Coord. Topocéntricas

91

Tabla N°5.5 Resultados SNTI. Coord. Geocéntricas

92

Tabla N°5.6 Exactitud SNTI. Con respecto a red GNSS – Geocom

92

Tabla N°5.7 Resultados EILA. Coord. Topocéntricas

93

Tabla N°5.8 Resultados EILA. Coord. Geocéntricas

93

Tabla N°5.9 Exactitud SNTI. Con respecto a red GNSS – Geocom

94

Tabla N°5.10 Resultados CSNO. Coord. Topocéntricas

95

Tabla N°5.11 Resultados CSNO. Coord. Geocéntricas

95

Tabla N°5.12 Exactitud CSNO. Con respecto a red GNSS – Geocom

95

Tabla N°5.13 Resultados CONZ. Coord. Topocéntricas

97

Tabla N°5.14 Resultados estadísticos CONZ Para coordenadas Geocéntricas.

104

Tabla N°5.15 Diferencia CONZ RTKPOST – Coordenada Geocom

105

Tabla N°5.16 Resultados estadísticos TALC para coordenadas Geocéntricas.

105

Tabla N°5.17 Diferencia TALC RTKPOST – Coordenada Geocom

106

Tabla N°5.18 Resultados estadísticos SNTI para coordenadas Geocéntricas.

107

Tabla N°5.19 Diferencia SNTI RTKPOST – Coordenada Geocom

107

Tabla N°5.20 Resultados estadísticos EILA para coordenadas Geocéntricas.

108

Tabla N°5.21 Diferencia EILA RTKPOST – Coordenada Geocom

108

Tabla N°5.22 Resultados estadísticos CSNO para coordenadas Geocéntricas.

109

Tabla N°5.23 Diferencia CSNO RTKPOST – Coordenada Geocom

109

viii

INDICE DE ILUSTRACIONES CAPITULO II Imagen 2.1 “Estaciones ITRF2005, según el número de técnicas espaciales utilizadas

7

Imagen 2.2: Campo de velocidades ITRF2008

8

Imagen 2.3 red SIRGAS – CON

13

Imagen 2.4 Posicionamiento absoluto

27

Figura 2.5. Posicionamiento diferencial

28

Figura 2.6 Refracción atmosférica

35

Figura 2.7 Geometría PPP

42

CAPITULO III Imagen 3.1 RTKLAUNCH

60

Imagen 3.2 RTKNAVI

61

Imagen 3.3 STRSVR

62

Imagen 3.4 RTKPOST

62

Imagen 3.5 RTKCONV

63

Imagen 3.6 RTKPLOT

63

Imagen 3.7 RTKGET

64

Imagen 3.8 NTRIP Browser

64

CAPITULO IV Imagen 4.1 RTKNAVI, Configuraciones

69

Imagen 4.2 RTKNAVI, Configuraciones

70

Imagen 4.3 RTKGET, descarga IGS08_1771.atx

71

Imagen 4.4 NTRIP Client Options, RTKNAVI

73 ix

Imagen 4.5 NTRIP Browser, RTKNAVI

74

Imagen 4.6 NTRIP Client Options, RTKNAVI

75

Imagen 4.7 NTRIP Browser, RTKNAVI

75

Imagen 4.8 RTKPLOT Cortes del stream de datos, RTKNAVI

76

Imagen 4.9 RTKNAVI

77

Imagen 4.10 Options RTKNAVI (GPS y GPS+GLONASS)

79

Imagen 4.11 NTRIP Client Options Rover, RTKNAVI (Mountpoint CONZ0)

80

Imagen 4.12 NTRIP Client Options Corrections, RTKNAVI (Mountpoint CONZ0)

80

Imagen 4.13 Options RTKNAVI (PPP Static y PPP Kinematic)

82

Imagen 4.14 RTKGET, Descarga archivo OBS de la estación CONZ

83

Imagen 4.15 RTKPOST, Ingreso de archivos para post proceso PPP estación CONZ

86

Imagen 4.16 RTKPOST, post proceso PPP estación CONZ

87

CAPITULO V Imagen 5.1 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua TALC

89

Imagen 5.2 RTKPLOT, Gráfico componentes convergidas

89

Imagen 5.3 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua SNTI

91


91

Imagen 5.5 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua EILA

93


93

Imagen 5.7 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua CSNO

94


94 x

Imagen 5.9 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua CSNO

96


96

Imagen 5.11 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua DGF2 método estático

98

Imagen 5.12 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua DGF2 método estático Componentes convergidas

98

Imagen 5.13 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua DGF2 método cinemático

99

Imagen 5.14 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT, DGF2, método cinemático componentes convergidas Imagen 5.15 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT, DGF2, ambos método

99 100

Imagen 5.16 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT, DGF2, método estático y cinemático componentes convergidas

100

Imagen 5.17 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT, DGF2, cortes del stream de datos, método estático y cinemático

101

Imagen 5.18 RTKPLOT, velocidades. Movimiento en método estático Fuente: Elaboración propia

102

Imagen 5.19 RTKPLOT, velocidades. Movimiento en método cinemático

102

Imagen 5.20 RTKPLOT, velocidades. Movimiento en ambos métodos

103

Imagen 5.21 RTKPLOT, Post proceso estación de referencia continua TALC

104


104

Imagen 5.23 RTKPLOT, Post proceso estación de referencia continua TALC

105


105

Imagen 5.25 RTKPLOT, Post proceso estación de referencia continua SNTI

106


106 xi


107


107


108


108

xii

RESUMEN Con el desarrollo tecnológico que vive hoy en día la sociedad, surgen nuevos métodos de medición y mejoras en el posicionamiento satelital, esto ha impulsado la creación de distintos software que faciliten dichas mediciones, como por ejemplo RTKLIB, un software de distribución libre, el cual presta servicios de posicionamiento como otros dentro del ámbito de las mediciones.

Este trabajo presenta las bases fundamentales de RTKLIB en sus distintas aplicaciones enfocado al posicionamiento PPP, método que ha experimentado importantes avances en materia de precisión, exactitud y forma de obtención de los resultados. Para esto se realizaron distintas pruebas utilizando dicho método en post – proceso y tiempo real. Una de ellas con las estaciones de referencia continua de la empresa Geocom, a las cuales se realizaron observaciones con PPP en tiempo real y en otra ocasión con PPP en post – proceso, además se analizó la respuesta del software frente a la medición de la antena DGF2 de la Universidad de Chile mientras esta se encontró en movimiento. Comparando los resultados con datos debidamente validados.

Finalmente el desarrollo de esta labor contribuye tanto en la validación del software RTKLIB, como en los distintos métodos considerados aquí, dando a conocer alternativas gratuitas y útiles en este aspecto.

PALABRAS CLAVES 

GNSS



PPP en tiempo real



PPP en post – proceso



RTKLIB

xiii

ABSTRACT With the technological advance living today this society, new methods of measuring arise and improvements to methods existing, this has prompted the creation of various software to facilitate these measurements , such as RTKLIB , a free software, which positioning serves as others within the field of measurement.

This paper presents the fundamentals bases of RTKLIB operation in its differents funtions, focused in PPP positioning, method which has undergone major advances in precision , accuracies and method of obtaining results. For this, various tests were conducted using the method in post - process and real time. One with the stations continuing reference of Company Geocom , to which, were performed observation with PPP in real time and at another time with PPP in post - process, also analyzed the response of the software in the tested while antenna measurement DGF2 University of Chile found this while moving. Comparing the results with properly validated data.

Finally the development of this work contributes both in the validatión of software RTKLIB as in the different methods considered here, announcing free and uses alternatives in this aspect

KEYWORDS  GNSS  PPP in real time  PPP post – processing  RTKLIB

xiv

CAPITULO I 1.1.

INTRODUCCIÓN

ANTECEDENTES GENERALES

El posicionamiento ha ido en constante evolución, llegando a niveles de precisión que permiten enfrentar casi cualquier desafío. En la actualidad existen distintos métodos que buscan dicho objetivo, donde el posicionamiento por satélites es uno de ellos, método en el que se ocupan receptores, los cuales colectan información proveniente de estos satélites para posteriormente ser procesada. El posicionamiento satelital consta de distintos tipos, donde dependiendo de estos se realizarán ciertos tipos de procesamientos y correcciones respectivamente y así obtener soluciones aceptables. Sin embargo, estas precisiones difieren en cada uno de estos métodos utilizados (desde milimétricas a métricas), al igual que las restricciones de cada uno (tiempos de captura de datos, cobertura, costos, entre otros.).

1.2.

ESTADO ACTUAL DEL PROBLEMA

Hoy en día existen dos tipos de posicionamiento por satélite: el absoluto (autónomo) donde se utiliza sólo un receptor GNSS y el relativo en el que se deben ocupar dos o más receptores. PPP es uno de los métodos de posicionamiento de tipo absoluto y que está irrumpiendo con gran aceptación debido a la facilidad que presenta para observar y calcular, esto es gracias a los últimos avances en la distribución de efemérides precisas para ser utilizadas en post proceso o en tiempo real, así como también en la facilidad para adquirir correcciones de reloj. Además, el PPP tiene la ventaja de no necesitar una estación base como lo hace el método diferencial, anulando las limitaciones propias de la longitud línea base Cabe indicar que los tiempos de convergencia 1

están relacionados a las precisiones obtenidas, esto significa que a un mayor tiempo se obtendrá mayor precisión (hasta cierto límite, ya que presenta características asintóticas). Por otro lado, existe la posibilidad de utilizar un protocolo llamado NTRIP, el cual permite recibir y/o enviar observables brutos GNSS, efemérides precisas y correcciones de reloj. Este resulta de gran utilidad para las observaciones en tiempo real (como por ejemplo el PPP en tiempo real), al mismo tiempo cabe destacar que en la actualidad se cuenta con una gran facilidad de obtener datos difundidos por internet y de tener accesibilidad a este vía telefonía móvil, incrementando los avances y desarrollos de algoritmos y software en PPP-RTK, como el software RTKLIB que se trata de un paquete de programas ejecutables y de código abierto, con múltiples funciones, proporcionando la posibilidad de efectuar PPP en post-proceso y en tiempo real entre otras aplicaciones.

1.3.

HIPÓTESIS

RTKLIB es un software capaz de obtener soluciones precisas y así lograr la automatización del posicionamiento por medio del método de PPP post proceso y PPP en tiempo real.

1.4.

OBJETIVOS

1.4.1. OBJETIVO GENERAL

Presentar y validar las bases técnicas y aplicadas del software RTKLIB por medio del posicionamiento y/o monitoreo de estaciones de referencia continua con el método PPP en post-proceso y tiempo real.

2

1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Estudiar, comparar y analizar el posicionamiento PPP en tiempo real por medio de RTKNAVI en estaciones de referencia continua



Análisis del comportamiento del software RTKLIB frente al sistema satelital GLONASS.



Analizar la respuesta del software RTKLIB frente a una estación en movimiento



Obtención de soluciones por medio de Post-procesamiento PPP con la aplicación RTKPOST de observaciones GNSS de distintas estaciones de referencia continua.

1.5.

CONTRIBUCIÓN Y PRODUCTOS ESPERADOS

Se busca validar el software libre RTKLIB como opción alternativa para procesar observaciones GNSS indicando su aplicabilidad en distintos escenarios de la topografía y la geodesia como puede ser el monitoreo, aplicaciones topográficas y/o geodésicas.

3

CAPITULO II

2.1.

MARCO TEÓRICO

SISTEMAS DE REFERENCIA

Se entiende por sistema de referencia como una definición de estándares, parámetros y modelos, primordialmente, que sirven como base para la representación de la geometría de la superficie terrestre y su variación en el tiempo. (P.ej., velocidad de la luz c0, parámetro gravitacional estándar GM, modelos de la relatividad especial y general, modelos de la atmósfera (ionosfera y troposfera), sistema de coordenadas cartesianas tridimensionales ortogonales con variación temporal consistente con la rotación de la Tierra). (Drewes, 2011) Por lo tanto, este recurso matemático permitirá establecer coordenadas en la superficie terrestre, ya que dicho sistema contempla ejes coordenados en el espacio, cuyo origen se encuentra determinado, al igual que su escala, orientación y plano principal. Sin embargo, este no se encuentra materializado en una realidad física, sino que es de carácter netamente teórico. Por otra parte, gracias a estas definiciones además de obtener las posiciones nombradas sobre la superficie de la Tierra, también se podrán cuantificar los movimientos sobre esta describiendo sus procesos físicos. Como la Tierra no cuenta con una forma armónica, esto toma un papel fundamental para facilitar cálculos sobre ella. Entonces a partir de esto se podrá definir un “Sistema de Referencia Terrestre Convencional (CTRS)

4

2.1.1. Sistema de Referencia Terrestre Convencional (CTRS)

Este representa un sistema de referencia cuyos parámetros teóricos son especificados concretamente cumpliendo lo siguiente: 

El origen se encontrará en el geocentro de la Tierra incluyendo atmósferas y océanos.



Es centrado y fijo a la Tierra, es decir gira junto con ella.



El sistema de tiempo será el Tiempo Geocéntrico Coordinado (TCG)



Eje Z: Coincide con el eje de rotación terrestre convencional



Eje X: Se encontrará en la dirección del plano meridiano que pasa por Greenwich, contenido en el plano ecuatorial.



Eje Y: Por dextrógiro.

Ya que la Tierra posee cambios en su superficie terrestre a medida que transcurre el tiempo, debido a efectos geofísicos, tales como el movimiento de polos, deformaciones tectónicas, cargas de mareas, principalmente, los puntos pertenecientes a ella no estarán fijos.

2.1.2. International Terrestrial Reference System (ITRS) El ITRS es la idealización del CTRS definido por el IERS estableciendo una serie de convenciones para definir el origen, escala y orientación, además de la evolución de este CTRS. El ITRS cumple lo siguiente: 

Origen: Es geocéntrico, donde el centro de masa lo contempla Tierra, la atmósfera y los océanos.

5



Escala: Es consistente con el TGC mediante modelizaciones relativistas y su unidad de longitud es el metro.



Orientación: Proporcionada por el BIH (Bureau International de L`Heure) en la época 1984.0.



Evolución en el tiempo garantizada por la condición de no rotación con respecto a cualquier movimiento tectónico sobre la superficie de la Tierra.

Como el ITRS sólo son convenciones teóricas, este se debe llevar a la realidad materializándolo por medio de un marco de referencia terrestre.

2.1.3. International Terrestrial Reference System (ITRF)

Es un marco de referencia, el cual materializa un sistema global de referencia por medio de un conjunto de entidades físicas y matemáticas. En el caso del ITRF es establecido por el IERS (International Earth Rotation Service.) cuya materialización, está resuelta en el poliedro global, las cuales fueron obtenidas mediante técnicas geodésicas espaciales modernas como SLR, VLBI, LLR, GPS y DORIS logrando así conocer las posiciones y velocidades (carácter dinámico) de estas redes. A continuación se detalla por lo tanto su materialización: 

Eje Z: En dirección al polo medio, el cual está determinado pos la IERS, este es conocido como IERS Reference Pole (IRP) o también Conventional Terrestrial Pole (CTP).



Eje X: En dirección al meridiano de Greenwich convencional, el cual está determinado por la IERS, este es llamado IERS

6

Reference Meridian (IRM) o también Greenwich Mean Origin (GMO) además este eje está contenido en el plano ecuatorial. 

Eje Y: Formado por Dextrógiro.

Este marco de referencia está formado por coordenadas cartesianas y velocidades obtenidas por varias estaciones, las cuales para ellos utilizan técnicas de observación espacial (VLBI, SLR, LLR, GPS, DORIS). En las imágenes posteriores se muestran las estaciones del ITRF2005 y en la siguiente el campo de velocidades para el ITRF2008.

Imagen 2.1 “Estaciones ITRF2005, según el n° de técnicas espaciales utilizadas Fuente: Dr. Daniel Del Cogliano, “El Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF) y el concepto de Geodesia 4D”

7

Imagen 2.2: Campo de velocidades ITRF2008 Fuente: Dr. Daniel Del Cogliano, “El Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF) y el concepto de Geodesia 4D”

Los puntos materializados sobre la superficie comienzan a desplazarse sobre ella gracias a movimientos tectónicos, mareas terrestres, entre otros factores, cambiando así las coordenadas del entorno constantemente, es por ello que los modelos de velocidades se hacen imprescindibles, entonces, las coordenadas son reducidas a una época de referencia común t 0 para luego asignarles estas velocidades, por lo tanto, las coordenadas tienen validez solamente para una época determinada.

Al momento de determinar las soluciones de ITRF estas se ven influenciadas por variados factores afectando los resultados, dichos factores se detallan en a siguiente lista: 

Relaciones entre el ICRS y el ITRS (velocidad de rotación de la Tierra)



Coordenadas a priori de las estaciones

8



Modelo de tectónica de placas utilizado, por el cual se estiman las velocidades de las estaciones. El modelo utilizado hasta ITRF2005 fue el NNR-NUVEL-1A, el modelo para ITRF2008 es el APKIM2005.



La constante de gravitación y la masa de la Tierra.



El valor de la velocidad de la luz.



Las mareas terrestres y oceánicas.



El estado y marcha de los relojes.



La radiación solar.



Efectos atmosféricos.



Las variaciones de las antenas receptoras.



Otros.

Por lo tanto, se puede concluir que el ITRF es un marco dinámico, el cual cambia a medida que las coordenadas sufren variaciones temporales, es por esto que a lo largo del tiempo se han obtenido distintas soluciones de este marco, difiriendo entre ellas por la incorporación de nuevas estaciones, nuevas observaciones, mejora en la precisión de éstas, nuevos métodos de procesamiento, etc. Además se debe tener en cuenta que este materializa el sistema de referencia de forma física y lo realiza de forma matemática, entonces la realización del marco debe seguir rigurosamente la definición del sistema.

9

2.1.4. Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas (SIRGAS)

SIRGAS es idéntico al sistema internacional de referencia Terrestre (ITRS) si se entiende como sistema de referencia, donde la densificación regional del ITRF en América Latina y el Caribe es su realización. Al tomar en cuenta la variable Tiempo este posee coordenadas relacionadas a una época específica de referencia, donde a medida que transcurre existirán velocidades en cada estación y un modelo de velocidades que engloba todo el continente. Por lo tanto, se obtendrán coordenadas referidas a distintas épocas y soluciones ITRF dependiendo de ciertos factores influyentes al momento de ser materializadas, sin embargo, al reducirlas a la misma época y con soluciones iguales del ITRF, estas coordenadas serán compatibles a nivel milimétrico.

Para obtener coordenadas geodésicas se debe utilizar un elipsoide de referencia, en este caso se utiliza el GRS-80 de los siguientes parámetros: 

Semieje – mayor (a) 6.378.137 m



Aplanamiento (1/f) 298,257222101

Se puede entender entonces que una de las finalidades de SIRGAS es unificar los sistemas de referencia existentes en el continente de América Latina los cuales difieren completamente.

La red SIRGAS posee hoy en día alrededor de 250 estaciones, donde 48 forman parte del servicio IGS, además de contar con la participación de más de 50 entidades latinoamericanas de forma voluntaria. Finalmente, la información colectada por estas estaciones se procesa tanto en centros de procesamiento

10

locales

como

de

forma

semanal

en

el

Deutsches

Geodätisches

Forschungsinstitut (DGFI).

2.1.5. SIRGAS-CON

SIRGAS-CON se basa en una red de estaciones GNSS de funcionamiento continuo que poseen coordenadas de alta precisión (en una época de referencia específica) y además toma en cuenta los cambios en el tiempo (velocidades de dichas estaciones). Actualmente, esta red se compone por más de 300 estaciones, donde 58 de ellas son parte de la red global IGS. Estas estaciones, son parte de contribuciones voluntarias de más de 50 entidades, las cuales al haber instalados sus estaciones y ocuparse de su correcta operación, ponen a disposición de los centros de análisis las observaciones de estas.

La red SIRGAS-CON comprende una red de cobertura continental “SIRGAS-C” la cual es una densificación primaria del ITRF en Latinoamérica. Y además comprende redes nacionales de referencia “SIRGAS-N” redes las cuales densifican la red continental y dan acceso al marco de referencia a nivel nacional y local. Las estaciones de ambas redes son procesadas por tres centros de análisis y Dichas redes poseen la misma calidad y las mismas características. Las redes nacionales “SIRGAS-N” son calculadas por centros de procesamiento llamados “Centros Locales de Procesamiento SIRGAS”

Por otro lado la red SIRGAS-C es procesada semanalmente Por el centro DGFI (Alemania). Los centros de la red SIRGAS-N generan soluciones semanales semilibres (loosely constrained) para luego combinarlas con la red

11

continental SIRGAS-C donde las velocidades de todas las estaciones deben ser compatibles

entre

si.

Los

centros

encargados

para

efectuar

estas

combinaciones son el DGFI y el IBGE como “Centros de Combinación SIRGAS” garantizando que cada una de las estaciones regionales SIRGAS-CON esté incluida en tres soluciones individuales. 

Soluciones semanales semilibres, esto es con el fin de integrar a SIRGAS-CON en el poliedro Global del IGS y el cálculo de soluciones multianuales.



Coordenadas semanales ajustadas al ITRF, en la época de observación para aplicaciones en América latina.



Soluciones multianuales (acumuladas), estas son utilizadas para aplicaciones científicas que requieran velocidades.

12

Imagen 2.3 Red SIRGAS-CON Fuente SIRGAS.ORG

13

2.2.

SISTEMA GLOBAL DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE (GNSS)

El sistema GNSS se refiere al conjunto de sistemas de posicionamiento global existentes como lo son el GPS, GLONASS, BEIDOU (COMPASS), con estos se busca otorgar de posicionamiento espacial y temporal a cualquier punto en el mundo, esté en agua, tierra o aire determinando así coordenadas geográficas y altitudes para dicho punto.

El concepto GNSS comienza con la implementación del sistema GPS, el cual fue desarrollado en Estados Unidos con fines exclusivamente militares, donde este se encontraba controlado por el DoD (Departament of Defense). Luego, cuando el gobierno de los Estados Unidos comienza a tener en cuenta sus aplicaciones civiles y a analizar la conveniencia de emplear esta tecnología con estos fines, se empiezan a realizar estudios hasta que finalmente en la década de los 80 se decide emplear el sistema GPS de tal forma

En cuanto a los demás sistemas se puede encontrar GLONASS, el cual fue impulsado por la Unión Soviética y actualmente es administrado por la Federación Rusa a cargo del ministerio de defensa de ese país. Este sistema nace en la década de los 80 y se encuentra operativo con 31 satélites (24 de ellos en pleno funcionamiento). Por otro lado BEIDOU es un proyecto de navegación satelital de la Republica Popular de China, consta de 2 generaciones donde la primera, que se encuentra operativa desde el año 2000, solo es de cobertura local para Asia pacífica. La segunda está en proceso de implementación, la cual, que también es conocida como COMPASS, será de funcionamiento global. Finalmente Galilleo, el cual se trata de un sistema global de navegación por satélite, este está desarrollado por la Unión Europea (UE), a diferencia de los sistemas anteriores, este será de uso civil.

14

2.2.1. Global Positioning System (GPS) Es un sistema basado en la emisión de señales desde satélites artificiales, orbitando alrededor del planeta Tierra a 20.000 km aproximadamente sobre la superficie en una red de 24 de estos en total. NAVSTAR (NAVigation Satellite Timing And Ranging) es el nombre de esta constelación. Por lo tanto, gracias a estos 24 satélites, el sistema está diseñado para que existan 4 satélites al menos, a la “vista” del observador en cualquier parte del mundo. Con estos satélites el sistema medirá una distancia a partir de las señales que estos transmiten, conociendo sus órbitas con precisión y captando y decodificando dichas señales por medio de receptores ubicados en los puntos donde se desea obtener la posición

Este sistema consta de 3 partes para poder funcionar con normalidad, donde la primera es el segmento espacial, el cual está conformado por los satélites que componen el sistema de navegación y de comunicación, con propiedades como altitudes de órbitas de 20200 Km, periodo orbital de 11horas y 58 minutos, inclinación del plano orbital de 55° con respecto al ecuador, contando con 6 planos y una cantidad de 24 satélites (4 por plano). Por otro lado, el segmento de control se trata de una red global, formada por un conjunto de estaciones en tierra que recogen la información enviada por el segmento espacial, para luego enviarla a una estación de control, encargada de aplicar las correcciones al satélite, útiles para la posición orbital y coordenadas temporales. Este segmento es distinto en cada país o coalición de países y finalmente el segmento usuario, éste está conformado por los equipos que reciben las señales provenientes del segmento espacial, los cuales están formados por una serie de componentes como la antena receptora, receptor, etc.

15

2.2.2. GLONASS

(Siglas

НАвигационная

rusas:

ГЛОНАСС;

Спутниковая

Система;

ГЛОбальная Global'naya

Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)

Es un sistema desarrollado por la Academia de las Ciencias y la Armada Soviética y el ministerio de defensa Ruso entre 1968 y 1969. Cuyo propósito es conferir posicionamiento espacial y temporal a cualquier punto del planeta Tierra además de obtener velocidades de estos, ya en 1976 se aprueba el plan de desarrollo del sistema en el Comité del partido Comunista Soviético y en el Consejo de Ministros de la URSS.

Este sistema comienza utilizando el sistema geodésico ruso PZ-90 (con una pequeña diferencia al sistema WGS84), pero en 2007, el sistema fue actualizado, adoptando el nombre de PZ 90.02, pasando a ser compatible al ITRF2000, el cual se ajusta a su vez con WGS84.

Al igual que el sistema GPS, GLONASS también consta de 3 partes, es decir, el segmento espacial quien representa a la constelación de satélites que forman parte del sistema GLONASS, con altitud de la órbita de 19100 km, periodo orbital de 11 horas y 15 minutos, inclinación del plano de 68.8°, 3 planos y 31 satélite (8 satélites por plano, ya que existen 24 activos). En cuanto al segmento de control, está formado por las estaciones de control en el territorio Ruso. Cumple una función semejante a la del segmento de control del GPS, su sistema de control central se ubica en las cercanías de Moscú y junto a las nombradas estaciones de control monitorean la constelación de satélites y ajustan los parámetros orbitales de los satélites continuamente. Así finalmente el segmento usuario está conformado por los equipos receptores de las señales emitidas por el segmento espacial de este sistema.

16

2.2.3. BEIDOU El sistema BeiDou es un proyecto de sistema de navegación por satélite, el cual está siendo desarrollado por la Republica Popular China. Este sistema está compuesto por 2 generaciones, BeiDou-1 se trata de un sistema local de posicionamiento por satélite, el cual le da servicio a China y países cercanos, este está operativo desde el año 2000. A diferencia de GPS y GLONASS este sistema posee satélites con órbita geoestacionaria, además calcula las coordenadas solo con 2 satélites y una estación en tierra

Por otra parte,

BeiDou-2 al que también se le conoce con el nombre de COMPASS, se trata de un sistema global de posicionamiento por satélites, el cual tendrá (ya que aun no se encuentra operativo) un funcionamiento análogo a GPS y GLONASS. Este poseerá 35 satélites de los cuales 5 satélites serán geoestacionarios para vincular el nuevo sistema con el antiguo (BeiDou-1). Finalmente cabe destacar que en octubre del año 2004, China se unió al proyecto de navegación global por satélite Galileo, con la firma del acuerdo sobre la cooperación en el programa Galileo, entre la Empresa Común Galileo (ECG) y el Centro Nacional de Teledetección de China (NRSCC).

2.2.4. GALILEO Este es un proyecto de la Unión Europea, para poder evitar la dependencia de los demás sistemas satelitales, implica a diferentes países que han buscado la forma de actuar conjuntamente para desarrollar el nuevo sistema. Este sistema también se compone de los tres segmentos que conforman al sistema GPS y GLONASS, donde el segmento espacial constará de 30 satélites (3 de repuesto) en 3 planos a una altura de 23222 Km y con una inclinación de 56° sobre el ecuador teniendo un periodo de 14 horas. Este segmento será interoperable con GPS y GLONASS. En el segmento de control el componente global de 17

Galileo comprende dos estaciones maestras GCC que llevan a cabo funciones de control y de misión con dos segmentos dedicados en exclusiva a cada una de estas funciones. [David Abelardo García Álvarez, 2008]

2.3.

SEÑAL GNSS 2.3.1. Señal GPS

La señal GNSS está condicionada por los objetivos perseguidos por los sistemas GNSS, es decir, según el método de posicionamiento, cobertura, precisiones, etc. En cuanto al sistema GPS, este transmite información modulada en tres frecuencias, las cuales provienen de un fundamental f 0 = 10.23MHz, estas frecuencias forman parte de la banda L y se obtienen amplificando dicha frecuencia fundamental. 

L1 = 154 x f0 = 154 x 10.24 MHz = 1575.42 MHz ; λ = 19.05 cm.



L2 = 120 x f0 = 120 x 10.24 MHz = 1227.60 MHz ; λ = 24.45 cm.



L5 = 115 x f0 = 115 x 10.24 MHz = 1176.45 MHz ; λ = 23.43 cm.

Todos los satélites transmiten señales en las frecuencias L1 y L2, la frecuencia L5 aún se encuentra en pruebas. Estas señales por lo tanto son las señales de navegación (Códigos) y los datos de navegación y sistema (Mensaje).

Las portadoras tienen 3 modulaciones: 

El código binario de adquisición bruta o grosera (C/A) (Contenido en L1). 18



El código preciso P (o Y) (Contenido en L1 y L2). Este código es de uso restringido, solo para uso militar.



Mensaje de navegación (Contenido en L1 y L2)

Código C/A: 

Duración: 1 milisegundo.



Frecuencia: 1.024 MHz



Longitud de onda (λ): 293 metros.

Código P:





Duración: 266.4 días



Frecuencia: 10.24 MHz



Longitud de onda (λ): 29 metros.

Códigos

Un código es un sistema que representa información, por lo tanto se utiliza para poder transmitir esta. La mayoría de estos son códigos binarios de formación pseudo-aleatoria, llamados códigos de ruido pseudo-aleatorio (PRN) los cuales se encuentran modulados en las frecuencias portadoras. 

Mensaje de navegación

Es modulado en las frecuencias L1 y L2 a 50 bps con una duración de 30 segundos, donde resulta un mensaje de 1500 bits, una página tiene 5 párrafos de 300 bits cada uno, demorando 6 segundos en ser transmitido cada uno. El mensaje completo tiene 25 páginas, los párrafos 1, 2 y 3 en cada una de ellas 19

son iguales, los 4 y 5 diferentes. Este mensaje tarda 12.5 minutos en ser completamente transmitido. Finalmente, el mensaje de navegación transmite: 

Efemérides de los satélites: Información sobre los movimientos del satélite en su órbita, esta permite calcular la posición del satélite.



Almanaque: información sobre la posición de todos los satélites del sistema.



Tiempo del sistema



Correcciones de los relojes de los satélites



Número de identificación del satélite.



Salud del satélite.

2.3.2. Señal GLONASS

Esta señal es la proveniente del sistema GLONASS y está formada por 2 portadoras en la banda L, la portadora L1 la cual está centrada en la frecuencia 1575.42 MHz (HP, alta precisión) y la portadora en L2 centrada en la frecuencia 1227.60 MHz (SP, Precisión estándar) esta señal posee 2 códigos PRN, C/A y P (al igual que la señal GPS) y un mensaje de navegación. Cada satélite transmite señales en su propia frecuencia, lo cual evita la interferencia y permite la identificación, estas frecuencias están dadas por la siguiente expresión:

𝑓 = 178 +

𝐾 ∗ 𝑍 𝑀𝐻𝑧 16

Donde “K” es entero entre -7 y 12, Z = 9 para L1 y Z = 7 para L2.

20

2.4.

POSICIONAMIENTO POR SATÉLITES

2.4.1. Observables

El sistema GPS para determinar la posición de un punto se basa en la medida de la distancia entre el satélite y el receptor, para esto necesita observaciones que permitan calcular esta distancia. Las observables son medidas de estas distancias provenidas de las medidas de tiempo o por diferencias de fase, estas basadas en comparaciones entre la señal del satélite al ser recibida por el receptor con una réplica de dicha señal generada por dicho receptor. El observable básico GPS es el Retardo de la señal o Tiempo dT, con lo que se podrá calcular la distancia “aparente” entre el satélite y el receptor a partir de la formula D = c * dT, donde c es la velocidad de la luz. Este retardo es lo que demora la señal en ir desde el centro de fase del satélite hasta el centro de fase de la antena del receptor y para calcularlo este receptor compara el código recibido (proveniente del satélite) con una copia generada por dicho receptor. Por lo tanto, para poder realizar esta comparación son necesarios 2 relojes, uno del satélite, de carácter atómico y el otro del receptor el cual posee menor precisión por lo que los resultados estarán sujetos a errores. Finalmente los observables se pueden agrupar en 2 conjuntos: 



De tiempo 

Código C/A modulado en L1



Código P modulado en L1 y L2

De diferencia de fase de la portadora 

Diferencia de fase de la portadora L1



Diferencia de fase de la portadora L2

21

2.4.2. Formas de posicionamiento Como ya se indicó, los observables, las cuales son medidas que a partir de ellas se podrá calcular la posición del receptor GNSS se pueden dividir en dos grupos. Sin embargo existen otras variables que forman parte del posicionamiento dando así distintas posibilidades de obtener posición del punto, aunque diferenciándose entre sí en la precisión de la solución, el tiempo de la obtención de esta solución (si es en tiempo real o con post proceso), el método utilizado (si es estático o cinemático), etc.









Tipo de observación 

Código



Fase

Tipo de posicionamiento 

Absoluto o Autónomo



Relativo o diferencial

Método de posicionamiento 

Estático



Cinemático

Tipo de obtención de la solución 

Tiempo real



Post proceso

22

Tabla N°2.1 Tipos de posicionamiento

Código

Fase portadora L1/L2 PPP:

Navegadores:

Absoluto

* Método: Cinemático *Solución: Tiempo real

*Método: Estático *Solución: tiempo real o post proceso RTK: *Método: Cinemático

DGPS :

Relativo

*Solución: Tiempo real

*Método: Estático o cinemático *Solución: tiempo real o post proceso

Alta precisión: *Método:

Cinemático

/

estático *Solución: Post proceso. Fuente: Geodesia satelital, René Zepeda (Modificada)



Tipos de observaciones

Las observaciones como ya se dijo, pueden dividirse en dos partes, la medición por códigos y la medición por diferencias de fase, grupos los cuales a su vez se subdividen en distintos métodos de medición.



Observación por códigos

Por medio de la observación por códigos se puede calcular la pseudodistancia de códigos. En este tipo de observaciones el receptor genera una réplica de la señal enviada por el satélite para así compararlas mediante correlación

máxima

de

productos

binarios.

Con

esto

se

obtiene

el

desplazamiento de la señal lo que debiera indicar el tiempo que demora la señal en llegar desde el satélite al receptor (ΔT) y así obtener la distancia que esta señal recorre, ya que la velocidad a la que viaja esta señal es la velocidad de la luz y esta es conocida quedando expresada como D = c * T. Sin embargo los 23

relojes de los satélites con los del receptor son distintos, ya que el satélite posee relojes atómicos cuya precisión es del orden de 1 nanosegundo y el receptor, por el alto valor de estos últimos, posee relojes de cuarzo, generando un error en las observaciones ya que existirá una desincronización en estas debiendo ser corregido.

Finalmente la ecuación de la pseudodistancia teniendo en cuenta la corrección de los relojes se debe expresar de la siguiente forma:

𝑆𝐷 =

(𝑋𝑆𝑖 − 𝑋𝑅 )2 + (𝑌𝑆𝑖 − 𝑌𝑅 )2 + (𝑍𝑆𝑖 − 𝑍𝑅 )2 + 𝑐 ∗ (∆𝑡 − ∆𝑇)

Donde: 

SD = Pseudodistancia



(X, Y, Z)Si = Coordenadas del satélite, a partir de las efemérides



(X, Y, Z)R = Coordenadas incógnitas del receptor



c = Velocidad de la luz



ΔT = Corrección de sincronismo del reloj de cada satélite dado en

el

mensaje de navegación del satélite 

Δt = Corrección de sincronismo incógnita del reloj del receptor. Fuente formula: Geodesia satelital; René Zepeda

Se necesitan al menos 4 satélites para observar ya que la ecuación tiene 4 incógnitas, por lo tanto se necesitan 4 ecuaciones.

La precisión de este método es de ±10 m, es un método básico que todos los receptores GPS lo poseen cuyo sistema de ecuación se calcula continuamente cada 1 segundo. Este método es de carácter absoluto o autónomo, al necesitarse un solo receptor colectando información, también 24

existe el método diferencial o relativo para la observación por códigos la cual toma el nombre de diferencial GPS (DGPS), que es utilizada para calcular correcciones a las pseudodistancias medidas, tomando en cuenta el principio de que las estaciones cercanas a algunos cientos de Kilómetros poseen errores similares, no obstante los tipos de posicionamientos serán detallados más adelante. 

Observación por fase

Estas observaciones consisten en la diferencia existente entre la fase portadora recibida por el receptor (proveniente del satélite) con la fase generada por el oscilador de este. Esta observable alcanza mayor precisión que la pseudodistancia, ya que su longitud de onda es del orden de los 0.20 m y la del código C/A es de 300 m.

Entonces la distancia entre el satélite y el receptor se calcula a partir del número de ciclos de la onda portadora (N) el cual se multiplica por la longitud de cada uno. Por lo tanto al tener una onda portadora cuya fase es generada en el satélite y además otra fase generada por el receptor la cual utilizará con el fin de comparación. Finalmente en este tipo de observación es importante obtener la ambigüedad N además de las coordenadas del receptor y la disincronía de tiempo, esto significa que la observación de fase tiene una incógnita más que la observación por códigos, por lo que no es posible obtener una solución con una sola época de observaciones, es por esto que el posicionamiento no es instantáneo.

25



Tipos de posicionamiento

El posicionamiento está conformado por dos tipos que se basan en la cantidad de receptores operando la medición, entre otras cosas como se describirá a continuación:



Posicionamiento absoluto o autónomo

Este tipo de posicionamiento se caracteriza por efectuar mediciones con solo un receptor, el cual captará las señales enviadas por los satélites. Dentro de estos tipos de posicionamiento se puede distinguir la observable utilizada, ya que dependiendo de esta serán las precisiones que se alcanzarán. Por el lado del posicionamiento autónomo por código se tendrá una precisión de ±10m pero con la ventaja de que estas soluciones se obtendrán de forma instantánea. En el posicionamiento autónomo por fase se obtendrán mayores precisiones (del orden de los 2cm) pero se necesitará realizar jornadas de medición largas (mayores a 4 horas).

26

Imagen 2.4 Posicionamiento absoluto Fuente: Hofman-Wellenhof y Moritz, 2005



Posicionamiento relativo o diferencial

Este tipo de posicionamiento utiliza 2 o más receptores captando señales provenientes de

los

satélites

simultáneamente

y así

determinar

sus

coordenadas.

Este modo de posicionamiento produce solo diferencias de coordenadas entre receptores (vectores línea-base) a partir de diferencias entre las observaciones simultáneas de los receptores. Así, la posición de uno o varios receptores es determinada relativa a otro (u otros) con presumiblemente coordenadas conocidas, mientras se cancelan o minimizan errores comunes a las estaciones (p.ej., errores de las órbitas satelitales, retardos troposféricos e ionosféricos, estado de relojes de satélites, entre otros). De los receptores involucrados, aquel seleccionado como referencia, o base, permanece estacionario (estático) en un sitio con coordenadas conocidas precisamente. Los otros receptores, llamados rover o remotos, a los cuales se le busca 27

determinar sus respectivas posiciones relativas a la estación base, pueden o no permanecer estacionarios, dependiendo de la variante del posicionamiento GPS diferencial utilizada. Si coordenadas absolutas del punto de referencia son conocidas, entonces el posicionamiento relativo conduce subsecuentemente a coordenadas absolutas de los otros puntos [Jekeli, 2000]. El posicionamiento relativo reduce los errores que afectan al autónomo básico obteniendo por ende mejores precisiones en las soluciones obtenidas, siempre teniendo en cuenta la observable utilizada para la medición (código o fases portadoras), donde se pueden obtener soluciones métricas o submétricas respectivamente. Las precisiones se deben, en principio, a que las mediciones de dos (o más) receptores rastreando simultáneamente los mismos satélites contienen más o menos los mismos errores y sesgos; mientras menor sea la distancia entre los receptores, más similares serán los errores [El-Rabbany, 2002]

Figura 2.5. Posicionamiento diferencial. Fuente: Hofman-Wellenhof y Moritz, 2005.

28



Método de posicionamiento

Existen dos métodos utilizados para colectar información y así lograr posicionar un punto. De estos métodos dependerá la precisión obtenida, el tiempo empleado en las observaciones, etc. por lo que dichos métodos serán detallados a continuación. 

Método estático

Este método utiliza el observable de fase portadora en dos o más receptores, los cuales captan señales provenientes de satélites comunes simultáneamente y como se indicaba en el posicionamiento relativo, uno de estos receptores se ubica sobre un punto conocido mientras que los otros se ubican en puntos de coordenadas desconocidas las cuales se desean conocer. Este método es el más preciso ya que puede llegar a conseguir una precisión de ±1mm + 1 a 2 ppm en la medición de una línea base, sin embargo se necesitan tiempos de medición donde los 2 (o más) receptores estén estáticos colectando información. 

Método cinemático

En el método cinemático se pueden realizar mediciones de forma rápida de varias líneas bases, para esto se deben tener 2 receptores captando señales de los satélites, uno en un punto ya conocido y otro en un punto que se desee conocer, al igual que el modo estático, con la diferencia que el receptor que no se encuentre en el punto conocido se podrá ir moviendo entre puntos que se deseen conocer en tiempos cortos.

29



Tipo de obtención de soluciones

Son dos las formas de obtener soluciones para el posicionamiento en GNSS y estas se diferencian en el tiempo en que están disponibles las coordenadas de estas posiciones. Estas se conocen como posicionamiento en tiempo real y posicionamiento por post-proceso, la primera obtiene las coordenadas de forma instantánea, mientras se realizan las mediciones. Al contrario de las soluciones en post-proceso, donde estas deben ser resueltas posteriormente a la medición, por lo que se deben descargar los datos y procesarlos en un computador con un software especializado.

2.4.3. Errores de las observaciones GNSS

Las observaciones no están exentas de errores tanto en los satélites, en las estaciones, receptores y/o en la propagación de las señales, por lo que estos deben ser corregidos para así obtener soluciones de mayor precisión y por ende mejor confiabilidad.

Estos errores son en su mayoría de carácter sistemático, los cuales son modelados o minimizados. Dentro de estos errores se pueden distinguir los que se detallan en la siguiente tabla:

30

Tabla N°2.2 Errores de observación

Fuente

Error Error de órbita Variación en el centro de fase

Satélite

Error del reloj Relatividad Atraso en el hardware del satélite Refracción ionosférica Refracción atmosfera neutra

Propagación

Multitrayectoria de las señales Pérdida de ciclos Rotación terrestre Centro de fase

Receptor / antena

Error del reloj Error de los canales Error de coordenadas

Estaciones

Multitrayectoria Efectos geodinámicos

Fuente: Geodesia satelital, René Zepeda



Errores en los satélites 

Error de órbita: Para realizar labores de posicionamiento por satélites se deben conocer las posiciones de los satélites y esto es gracias a las efemérides, donde se diferencian dos tipos, las efemérides transmitidas y las efemérides precisas. Estas poseen una diferencia de aproximadamente 6 metros (según estudios de jet propulsion laboratory JPL) y sus precisiones llegan hasta 20m y 0.1m respectivamente. Los errores de estas órbitas son 31

traspasados totalmente a las coordenadas que se están obteniendo.

Wells entrega una fórmula matemática que relaciona los vectores con sus errores y la distancia al satélite con el error de la posición de este. ∆𝑏 ∆𝑟 = 𝑏 𝑟 Donde: Δb = Error de la línea base b = Longitud de la línea base Δr = Error de la posición del satélite r = Distancia al satélite (2200 km aprox. Para GPS)

Si se tiene un error de la posición del satélite de 2.5m para distintas longitudes de la línea base, se tendrán los siguientes errores de dichas posiciones. Tabla N° 2.3 Errores de la línea base

b (Km) 1 10 100 1000

Δb (mm) 0.1 1.1 11.4 113.6

Fuente: Elaboración propia

Si se quieren precisiones de 1mm aprox. Se pueden utilizar las efemérides transmitidas solo hasta líneas bases de 10 Km, para mayor distancia se deberán utilizar efemérides precisas. 32



Variación en el centro de fase del satélite: Existe una diferencia (offset) entre el centro de fase de la antena del satélite (punto donde se emiten las señales) y el centro de masa de este. El problema de esto es que las efemérides entregan la posición del centro de masa y no del centro de fase, por lo tanto en las observaciones de alta precisión se deben aplicar las correcciones que corresponden a pesar de que en el posicionamiento diferencial estos efectos se reducen. El IGS utiliza ciertos valores para estos offset, los cuales se indican en la siguiente tabla: Tabla N° 2.4 Offset centro de fase satélites

Satélite

X (m)

Y (m)

Z (m)

Block I

0.2100

0.0000

0.8540

Block II

0.2790

0.0000

1.0230

Block IIA

0.2790

0.0000

1.0230

Block IIR

0.0000

0.0000

0.0000

Fuente: Taller de sistemas de referencia; Drewes Sanches.



Error del reloj: Como se indicó anteriormente, los satélites son monitoreados por el segmento de control (incluyendo sus relojes) los cuales a pesar de tener gran precisión, estos no son exactos, por lo que también es un factor a corregir.

El error del reloj en cierto instante se calculará de la siguiente forma: 𝑑𝑇 𝑆 𝑡 = 𝑎0 + 𝑎1 ∗ 𝑡 − 𝑡𝑜𝑐 + 𝑎2 ∗ (𝑡 − 𝑡𝑜𝑐)2 Donde:

a0, a1 y a2 = Coef. transmitidos. Toc = instante de referencia del reloj 33



Relatividad: Es otro error que afecta a los relojes, esto es debido a que el satélite viaja a distinta velocidad de la del receptor y además están sometidos a campos gravitacionales distintos, por lo que la frecuencia relativa entre ambos se ve alterada, debiendo reducir la frecuencia de los relojes del satélite en 4.55*10 3 Hz antes del lanzamiento, para así compensar el error.



Atraso en el hardware del satélite: Ya que las portadoras tomas distintos caminos por el hardware del satélite, estas causan este retraso, sin embargo se remueve en la fase de calibración del receptor.



Errores de propagación 

Refracción atmosférica (Ionósfera): Como lo indica el fenómeno de refracción de una onda, estas se ven afectadas en su trayectoria y en su velocidad al pasar de un medio a otro de distinta densidad entre otras características físicas que se presenten, por lo tanto la refracción sufrida en la ionósfera es distinta a la ocurrida en la tropósfera. La ionósfera se encuentra entre los 50 y 1000 km de altura y la actividad solar juega un rol importante en esta zona, ya que es esta en conjunto con la densidad de electrones los que afectan a las observaciones. Esta actividad solar varía con el tiempo, donde en los periodos máximos las observaciones satelitales no son confiables. En las zonas ecuatoriales hay densidades de electrones muy alta y en las zonas polares hay variaciones grandes en tiempos cortos, en las zonas medias la ionosfera es suave

pero

existen

tempestades

errantes

que

generan

perturbaciones de igual forma entre 10km y 100km. 34

Figura 2.6 Refracción atmosférica. Fuente: Taller de sistemas de referencia; Drewes Sanches.

La ionósfera está compuesta por diferentes capas debido a que la radiación ultra violeta y rayos x que vienen del sol son absorbidos en función de la altura. Por lo que además de la densidad de electrones los retrasos se deben a la frecuencia de las ondas transmitidas, provocando errores de 1m a centenas de estos. El coeficiente de refracción ionosférica para mediciones de fase es [Seeber]:

𝑛𝑝 = 1 − 40.3 ∗

𝑛𝑒 𝑓2

Dónde: ne: Densidad de electrones f: frecuencia portadora

35



Refracción atmosférica (atmósfera neutra): La atmosfera neutra es la suma de la troposfera y la estratosfera y se encuentra de 0 a 50km de altura. Las señales GNSS en este lugar sufren refracción por factores climáticos (cambios de temperatura, presión, vapor de agua, etc). En esta zona el índice de refracción es positivo y no depende de la frecuencia a diferencia de la refracción ionosférica, es decir, la troposfera es un medio no dispersivo donde el retardo para L1 y L2 es igual. El efecto provocado va desde algunos metros a 30m aproximadamente. Para la parametrización existen varios modelos como los de Hopfield y Saastamoinen que modelan la refracción troposférica seca (90% del efecto total).



Multitrayectoria: Al recibir la señal del satélite la antena receptora capta además los reflejos de estas señales en superficies cercanas, esto provoca una superposición de las señales (directa y reflejada) desplazando la fase en los datos observados. Este efecto genera errores de hasta 50 metros aproximadamente en mediciones de pseudadistancia y hasta 5 cm aproximadamente en diferencias de fase. Para minimizar este efecto se recomienda: 

la utilización de antenas de determinado diseño como por ejemplo la antena Choke ring.



Una selección previa de puntos contemplando el entorno (lejanos a edificios y cuerpos de agua, etc.)

 

Sesiones largas para conseguir promedios del efecto.

Perdida de ciclos: La antena cuenta los ciclos, donde la fase al pasar de 2π a cero este contador aumenta, todo esto para 36

rastrear la parte fraccionaria de la fase. Si hay perdida de señal la ambigüedad se verá afectada, ya que esta está referida al inicio del rastreo, donde la parte entera se verá afectada. Para corregir este error, los software poseen algoritmos, sin embargo, si estas pérdidas son demasiadas, la observación quedará sin solución. 

Rotación terrestre: El cálculo de coordenadas se produce en el instante en que se transmiten los datos, sin embargo al mismo tiempo la Tierra rota alrededor de su eje lo que produce un error en la observación, por lo que las coordenadas del satélite son corregidas con un ángulo α en una matriz de rotación. 𝛼 = 𝜔 ∗ (𝑡𝑟 − 𝑡 𝑠 ) Donde ω es la velocidad angular terrestre y (tr – ts) tiempo de propagación y la matriz es de la siguiente forma: 𝑋 1 𝑌 = −𝛼 𝑍 0



𝛼 1 0

0 𝑋` 0 ∗ 𝑌` 1 𝑍`

Errores de antena 

Centro de fase: Las observaciones satelitales se realizan a partir del centro de fase eléctrico de la antena receptora (punto donde se recibe la señal) y este no coincide con el centro mecánico, al necesitar coordenadas materializadas en la superficie del terreno se deberá corregir este offset. Para esto se debe tener en cuenta que entre centro de fase de la antena y la materialización del punto en la superficie se forma un vector, el cual está compuesto 37

por la distancia entre el punto en la superficie y el punto de referencia de la antena (ARP) lo cual se conoce como altura instrumental yla distancia entre el ARP y el centro de fase verdadero, lo que se conoce como offset del centro de fase. El centro de fase varía según el modelo de la antena, no es fijo con respecto a la geometría de la antena ya que varía según la dirección que llega la señal a esta y no es igual el de L1 y el de L2. El centrado y nivelado de la antena es de mucha importancia ya que este error no se puede corregir posteriormente.

La corrección de las variaciones del centro de fase está compuesta por: 

Un offset medio r0 del centro de fase: vector con respecto al ARP, promediado a partir de los valores determinados en diferentes elevaciones.



Variación en función del ángulo de elevación y el azimut del satélite: correcciones del centro de fase Δϕ = (Z, α) con respecto al offset medio r0.” [Drewes].



La dilución de la precisión (DOP): Los satélites visibles poseen una geometría con respecto al receptor, el DOP evalúa la calidad de esta geometría, el cual es inverso del volumen del cuerpo formado por 4 satélites y es receptor. Por lo tanto se puede entender del DOP que es un coeficiente adimensional que cuantifica la contribución de la geometría relativa de la constelación de satélites observada a la predicción de una posición fija, este coeficiente varía 38

según la disposición de los satélites. Este es representado por un escalar que multiplica al error medio cuadrático de las

mediciones.

A

mayor

DOP

menor

precisión,

dependiendo de la distribución de los satélites en el suelo para que el DOP sea aceptable.

2.5.

NETWORKED TRANSPORT OF RTCM VIA INTERNET PROTOCOL (NTRIP)

Es un protocolo construido para distribuir flujos de datos GNSS a receptores vía internet, donde para desarrollarlo se tuvo que unificar los formatos de transmisión RTK, ya que cada fabricante utilizaba uno propio y además se debió presentar una alternativa a los servicios de corrección en tiempo real suministrados por transmisiones de radio UHF, VHF, etc., esta alternativa era más económica y eficiente.

Este protocolo es la capa de transporte, los datos transmitidos se encuentran en formato RTCM (en versiones 2.3, 3.0 y 3.1) formato que contiene en sus tres versiones las observables GPS y GLONASS, la definición y tipo de antena, coordenadas de la estación de referencia, correcciones de código y fase y en la versión 3.0 además transmite un mensaje de solución de red, el cual está formado por las correcciones diferenciales de varias estaciones permanentes, con el fin de aumentar la calidad de las soluciones de posicionamiento en tiempo real.

2.5.1. Componentes NTRIP El sistema NTRIP está conformado por 3 componentes, los cuales se detallan a continuación:

39



Servidores NTRIP: Este componente lo forman las fuentes o estaciones permanentes GNSS, las cuales transfieren datos RTCM al siguiente componente del NTRIP “Caster NTRIP” por medio de una conexión TCP/IP. Estos servidores mandan el nombre de la fuente y otros parámetros referidos a dicha fuente.



Caster NTRIP: Se trata de un servidor de internet que controla los flujos de datos que vienen de las fuentes y además chequea los mensajes recibidos de los clientes NTRIP y controlan si los usuarios poseen autorización para luego si esto es así, transferir los flujos de datos RTCM.



Clientes NTRIP: Este componente se refiere a la serie de receptores de los flujos de datos RTCM, luego de ser autorizados por el casterNTRIP. 2.5.2. Factores que afectan las observaciones con método NTRIP

La técnica NTRIP posee factores que producen errores en las mediciones además de los factores propios de la medición como los errores presentes en la estación de referencia. Estos factores se describen a continuación: 

Ancho de banda: Esto se refiere a la cantidad de información capaz de mandarse en una unidad de tiempo determinada (generalmente el segundo) Expresandose en bits/s (bits por segundo), Kbits/s o Mbits/s. El 40

problema surge cuando un caster NTRIP posee un ancho de banda no lo suficiente alto, se presentarán problemas al conectarse varios usuarios a la vez. 

Cobertura celular: Si se utiliza como modem un teléfono celular para realizar una medición con NTRIP se debe saber que los teléfonos celulares, al comunicarse por ondas de radio el buen funcionamiento depende de una serie de factores, como por ejemplo la cercanía del celular con respecto a la base con la que se está comunicando, obstáculos físicos, etc. imposibilitando la transmisión de datos GNSS en tiempo real.



Cambio de celda: Se refiere a un caso similar al de la cobertura de celular, ya que también tiene que ver con la perdida de señal de estos. La cobertura de los celulares está pensada formando múltiples celdas en formas hexagonales con una estación base cada una de 26 km cuadrados aproximadamente, por lo tanto la transmisión mediante NTRIP puede afectarse al encontrarse en lugares donde no haya ninguna o muy pocas celdas, ya que la señal de los celulares de comienza a debilitar.

2.6.

POSICIONAMIENTO POR PUNTO PRECISO (PPP)

2.6.1. Antecedentes generales

El Posicionamiento GPS de Punto Preciso (PPP) fue introducido por Zumberge et al. [1997] como una técnica de análisis, eficiente y robusta, para grandes arreglos de receptores GPS en redes geodésicas permanentes. [Acuña, 2008]

41

El posicionamiento por punto preciso es un servicio de acceso libre (en la mayoría de los casos) el cual es utilizado para obtener soluciones de coordenadas a partir de observaciones GNSS. Este tipo de posicionamiento usa datos de medición con fase portadora de forma autónoma (absoluta), es decir, observaciones provenientes de un solo receptor, además de datos de corrección de errores de relojes de los satélites y órbitas precisas, junto a un esquema de modelamiento adicional de errores, todo esto con el fin de obtener así soluciones cuya precisión gire en torno al centímetro/decímetro. Como la medición no se realiza simultáneamente con otra estación en coordenadas conocidas, el servicio PPP no está limitado a una longitud de línea base, obteniendo resultados independientes de ajustes o realizaciones de redes planimétricas.

Figura 2.7 Geometría PPP Fuente: Introducción al Posicionamiento GPS de Punto Preciso (PPP), Gustavo Acuña

Al no ser el método PPP una técnica diferencial, el datum geodésico no se define por restricciones asignadas a estaciones de referencia, sino por información de relojes satelitales y de órbitas. Por otra parte la consistencia entre los parámetros de rotación de la Tierra y las correcciones del reloj de los

42

satélites es sumamente importante para obtener soluciones precisas, para esto se debe usar información de la misma fuente.

Para que este método se lleve a cabo se debe tener en cuenta una serie de correcciones, procedimientos, parámetros, entre otras consideraciones, por lo que a continuación se detallarán los componentes fundamentales del PPP donde se incorporan dichos conceptos.

2.6.2. Ecuaciones de observación. Con las siguientes ecuaciones de observación simplificadas se relacionan las observaciones de doble frecuencia y las de pseudo-distancia a las coordenadas del receptor y a los parámetros de error del reloj del receptor, Retardo troposférico, ambigüedad y ruidos de la medición

𝑙𝑝 = 𝜌 + 𝑐 ∗ 𝑑𝑡 − 𝑑𝑇 + 𝑇𝑟 + 𝜀𝑝 𝑙𝜙 = 𝜌 + 𝑐 ∗ 𝑑𝑡 − 𝑑𝑇 + 𝑇𝑟 + 𝑁𝜆 + 𝜀𝜙

Donde: 

lp = combinación ionosfera libre de L1 y L2 para medición de pseudo-distancia.



lϕ = Combinación ionosfera libre de L1 y L2 para medición de la fase portadora.



dT = Desfase entre el reloj del receptor y el tiempo GPS.



dt = Desfase entre el reloj del satélite y el tiempo GPS.



c = Velocidad de la luz.



Tr = Retardo de la señal por atmosfera neutra.



N = Ambigüedad no entera. 43



λ1, λ2, λ = longitudes de onda de las fases portadoras L1 y L2.



εp, εϕ = Componentes del ruido de las mediciones (se incluye la multitrayectoria).



ρ es la distancia geométrica entre la posición del satélite en el instante t y la posición del receptor en el instante T. Esta distancia se calcula del siguiente modo.

𝜌=

𝑋𝑠 − 𝑋

2

+ 𝑌𝑠 − 𝑌

2

+ (𝑍𝑠 − 𝑍)2

Y además el instante T es: 𝑇 = 𝑡 + 𝜌/𝑐

En el método PPP se utilizan habitualmente productos precisos del IGS lo que implica lo siguiente: 

Corrección del reloj del satélite (dt) se considera conocida



Retardo troposférico Tr se puede expersar como un producto del retardo cenital troposférico “zpd” y una función de “mapeo” M

Por lo tanto la expresión quedará dada por: 𝑓𝑝 = 𝜌 + 𝑐 ∗ 𝑑𝑇 + 𝑀 ∗ 𝑧𝑝𝑑 + 𝜀𝑝 − 𝑙𝑝 = 0 𝑓𝜙 = 𝜌 + 𝑐 ∗ 𝑑𝑇 + 𝑀 ∗ 𝑧𝑝𝑑 + 𝑁𝜆 + 𝜀𝜙 − 𝑙𝜙

2.6.3. Correcciones para el método PPP

Así como se presentaron anteriormente (Página 30) algunos errores ocurridos en las observaciones GNSS, en esta ocasión se detallan las correcciones utilizadas en el método PPP específicamente, las cuales se pueden dividir en tres tipos como se indica a continuación: 44

Tabla N° 2.5: Correcciones en el método PPP

Desplazamiento de la antena del satélite

Efectos del satélite

Fase Wind-up Mareas terrestres Deformación rotacional debido al movimiento polar Carga oceánica Carga atmosférica

Efectos de desplazamiento del

Parámetros de rotación de la Tierra

sitio de observación

Corrección a los relojes de los satélites Corrección por relatividad a los relojes de los satélites Variación del centro de fase de antenas de los receptores Sesgos diferenciales de códigos Fuente: Elaboración propia



Efectos del satélite 

Desplazamiento de la antena del satélite: Como las mediciones GNSS se realizan con respecto al centro de fase de la antena del satélite a diferencia de los productos precisos del IGS para los satélites (órbitas y relojes) y de los modelos utilizados para el modelado de la órbita de estos, los cuales son referidos al centro de masa de dicho satélite, se debe conocer dicho desfase para efectuar la corrección.



Fase Wind-Up: Las fases portadoras que se observan, dependen de la orientación de las antenas implicadas (Receptor y Satélites), 45

ya que si cualquiera de estas se rota alrededor de su eje vertical la fase portadora cambiará hasta por un ciclo. A este fenómeno se le llama “Phase Wind-up”. Esta corrección es significativa en observaciones GNSS de carácter absoluta, en cuanto a las observaciones

diferenciales

habitualmente.

Al

fijar

no

relojes

es

tomada

satelitales

IGS

en en

cuenta dichas

observaciones absolutas se puede llegar a alcanzar medio ciclo por lo que este organismo aplica esta corrección desde 1994. Si esta corrección se despreciara y se fijaran las órbitas y relojes IGS, los errores resultantes de la posición y de relojes será del nivel decimétrico. 

Efectos de desplazamiento del sitio de observación 

Mareas terrestres: La existencia de los potenciales gravitatorios lunar y solar, variables según las distancias entre el astro y el punto, origina una fuerza perturbadora variable, cuyo efecto es que tanto la dirección de la vertical como la intensidad de la gravedad

de

un

lugar

no

sean

constantes,

produciendo

deformaciones elásticas sobre l superficie terrestre. [Carlos Machín, 1969] 

Deformación rotacional debido al movimiento polar (mareas del polo): La marea del polo es la respuesta elástica de la corteza terrestre a los cambios en el eje de rotación de la Tierra [Bock, 1998]. Estos movimientos causan deformaciones periódicas debido a cambios diminutos en el potencial centrífugo terrestre [Kouba, 2003].

46



Carga oceánica: Los desplazamientos verticales periódicos de las masas de agua generados por el potencial luni-solar provocan fenómenos de carga sobre el fondo oceánico que originan una respuesta indirecta de la corteza llamado efecto oceánico indirecto (EOI) o efecto de carga oceánica de marea cuyo efecto produce desplazamientos de la corteza (vertical y horizontal), variaciones de gravedad e inclinación y extensiones. [Ana Carolina Pedraza De Marchi y Claudia Tocho, 2011]



Carga atmosférica: La carga atmosférica es la respuesta elástica de la corteza de la Tierra a la variante-en-el-tiempo distribución de la presión atmosférica [Bock, 1998]. Este efecto puede alcanzar una magnitud de varios mm (siempre menor a 1 cm) en desplazamiento vertical de la estación. A diferencia de la carga oceánica, la carga atmosférica no tiene una fuerza de tendencia periódica “bien entendida“.[Acuña. 2008] sin embargo esta carga se puede estimar mediante modelos que utilizan presiones instantáneas y promedio.



Parámetros de rotación de la Tierra (ERP): estos parámetro facilitan la transformación exacta entre los marcos de referencia celestre y terrestre del IERS [Acuña,2008] Los cuales se describen por: las coordenadas de posición del polo norte instantáneo xp, yp y la diferencia de tiempo UT1-UTC, junto con las convenciones para el tiempo sidéreo, precesión y nutación [McCarthy y Petit, 2004].

47



Corrección a los relojes de los satélites: Introduciendo correcciones al reloj de los satélites con consistente información orbital y de ERPs puede calcularse (en aplicaciones PPP)

la

posición (o posiciones cinemáticas por época) de una estación sencilla con alta precisión, así como las correcciones por época al reloj del receptor. Los resultados serán también consistentes con la solución que produjo la órbita satelital, la información de orientación de la Tierra y las correcciones a los relojes satelitales. [Dach et al., 2007]. 

Corrección por relatividad a los relojes de los satélites: Los relojes atómicos en los satélites están afectados por relatividad especial (debido la velocidad del satélite) y relatividad general (por la diferencia en el potencial gravitacional para la posición del satélite respecto al potencial en la superficie de la Tierra) [Leick, 2004]. Tales efectos son considerados en GPS mediante la corrección por relatividad [ICD-GPS-200, 1991].



Variación del centro de fase de antenas de los receptores: El centro de fase de la antena del receptor es el punto de referencia en el posicionamiento GNSS. Se necesita conocer la relación entre dicho punto y otro externo que sea accesible (ARP, antenna reference point) para la medición de la altura de la antena, a fin de vincular la posición determinada por GPS con el monumento o marca geodésica en tierra [Leick, 2004]. Sin embargo el centro de fase varía con el ángulo de elevación de las señales incidentes enviadas por el satélite a la antena. La relación entre el ARP y el centro de fase es parametrizada en términos de desplazamientos del centro fase (PCO, phase center offsets) y variaciones del 48

centro de fase (PCV, phase center variations). El mayor desplazamiento es en altura, el cual puede alcanzar el decímetro o más. Los PCO y PVC también dependen de la frecuencia, y obviamente, del modelo de la antena. Estas correcciones en PPP son obligatorias.

2.6.4. Tipos de posicionamiento PPP

Existen distintos tipos de posicionamiento PPP, entre los cuales destacan, según la forma de obtención de la solución, los realizados en tiempo real y los realizados en post-proceso, además cada uno de estos posee un método estático y un método cinemático. 

Posicionamiento PPP en post-proceso (PP-PPP)

Actualmente, PPP en post-proceso (PP-PPP) ofrece las precisiones más comparables a la técnica diferencial GPS, para esto además existen servicios gratuitos para llevar a cabo las soluciones, las cuales obtienen precisiones centimétricas. En este caso, los usuarios cargan archivos RINEX observados a estos servicios en línea o software (Como RTKLIB o BNC) y la solución es calculada de forma automática, sin embargo, este método requiere largas horas de medición para mejorar exactitudes [Rizos. 2010]. 

Posicionamiento PPP en tiempo real (RT-PPP)

En este tipo de PPP se presentan nuevas dificultades, las cuales tienen que ver con la disponibilidad de la recepción de datos en tiempo real, sobre un enlace de comunicaciones inalámbricas, en un formato estándar que permita receptores GNSS para operar de forma fiable con restricciones 49

mínimas y con relativa facilidad. Los datos son transmitidos en un formato estándar llamado RTCM por algún medio físico, como los de corto alcance VHF / UHF, WiFi, telefonía móvil o enlace de comunicaciones por satélite. A diferencia del PP-PPP para garantizar el posicionamiento de precisión centimétrica, las orbitas precisas y los relojes precisos son requeridos, además esta información debe ser en tiempo real (o con muy baja latencia) 

Real Time eXtended (RTX) Se trata de un posicionamiento PPP, sin embargo se sustenta de una red

de estaciones de referencia continua mundial (similar a las del IGS) la cual permite cálculos de órbitas de satélite y correcciones de reloj precisos, mientras que una red de estaciones de referencia continua regional se utiliza para determinar las correcciones atmosféricas locales. Sin embargo, al ser un sistema privado no se utilizan los formatos de mensaje estándar 

Método PPP estático Lo se vio anterior mente a cerca del PPP tradicional es lo concerniente al

PPP en método estático, es decir, se estudia (o mide) un punto el cual se encuentra quieto, filtrando la información con la finalidad de que los resultados sean lo más exactos posibles. Este método puede ser utilizado en post proceso y en tiempo real 

Método PPP Cinemático Esta variante refiere a la aplicación del PPP para la determinación

época-por-época de la posición de un receptor GPS en movimiento u operando de forma estacionaria [Zumberge et al., 1997b], [Han et al., 2000]. En el PPP cinemático, las características de la información precisa de los relojes satelitales (disponibilidad, calidad y resolución) es el factor más importante. Con la precisión actual de las órbitas precisas finales y, 50

especialmente, de los relojes satelitales del IGS en el nivel de 0.1 ns (3 cm), el algoritmo del PPP cinemático puede aplicarse para fácilmente obtener posiciones absolutas con calidad sub-decímétrica, en los mismos tiempos para los cuales la información precisa sobre los relojes está disponible [Shen and Gao, 2002].

2.7. FORMATO RTCM

Con el fin de hacer posible la comunicación en el sistema GNSS se han desarrollado una serie de formatos, uno de estos es el RTCM. Este se ha desarrollado formando nuevas versiones con el fin de mejorar el envío de datos y la integridad de estos. Hay 64 tipos de mensajes que pueden ser contenidos por este formato. En cuanto a su estructura, este posee en cada registro varios tipos de mensajes para varios contenidos (Mensaje 1, mensaje 2,..., Mensaje N) y cada mensaje cuenta con un encabezado donde se indica el tipo de mensaje, la hora, la duración del mensaje. Y también consta con el cuerpo, en el cual se encuentran los datos para cada caso.

2.7.1. Versiones RTCM Las versiones más importantes de este formato son por lo tanto:



RTCM 2.0: Solo utilizable para GPS Diferencial, donde su exactitud en esta versión es de 1 metro aproximadamente, No contiene información de las fases de la portadora, por lo que RTK no es posible. Utiliza mensajes tipo 1, 3 y 9

51



RTCM 2.1: Fue liberado en el año 1993 y posee nuevos tipos de mensajes, los que muestran la transmisión de datos de las fases portadoras, por lo que en este caso el RTK si es posible. Utiliza mensajes de tipo 18,19,20,21 y su precisión es centimétrica.



RTCM 2.2: Formato publicado en Enero del año 1998, en este es posible utilizar el sistema satelital Ruso (GLONASS), ya que posee operaciones diferenciales ampliadas a este. Utiliza mensajes tipo 18, 19 y 20 los cuales no son compatibles completamente con la versión anterior (2.1)



RTCM 2.3: Formato publicado en el año 2001 e incluye varios tipos de mensajes más que las versiones anteriores con el fin de mejorar la precisión en el posicionamiento RTK

como el 23 y el 24, donde se

conoce la definición del tipo de antena. Este formato se creó para enviar datos por UHF ( Ultra High Frecuency) Banda que ocupa el rango de frecuencias de 300 MHz a 3 GHz en el espectro electromagnético 

RTCM 3.0: Formato que utiliza menor ancho de banda por lo que se reduce el tamaño de los paquetes de información lo cual es de gran importancia en las redes móviles e inalámbricas porque se dispone de un ancho de banda mucho menor que el de la red cableada. Utiliza mensajes tipo 1004, 1005 y de precisión centimétrica. En este formato es posible el envío y recepción de correcciones diferenciales a través de internet.



RTCM 3.1: Formato aprobado en mayo del año 2006 por la comisión RTCM. Este formato a diferencia de los anteriores incorpora correcciones de Redes RTK y contiene información RTK GNSS.

52

2.7.2. Tipos de mensaje RTCM A continuación se presentan dos tablas con cada tipo de mensaje y su descripción, una para las versiones de la 2.0 a la 2.3 y la siguiente para la versión 3.0.

Tabla N° 2.6 Tipos de mensajes RTCM en las versiones 2.0 a la 2.3 Description

RTCM Message Type

1

Correcciones diferenciales GPS

2

Delta Correcciones diferenciales GPS

3

Parámetros de referencia de estación GPS

4

Datum de la estación de referencia

5

Salud de la constelación GPS

6

GPS Null Name

7

DGPS Beacon Almanaque

8

Almanaque de sudolito

9

GPS correcciones parciales

10

Correcciones diferenciales código – P

11

Delta correcciones Código C/A, L1, L2.

12

Parametros de estación seudolito

13

Parámetro de transmision de tierra

14

Semana GPS

15

Mensaje retard ionosférico

16

Mensaje especial GPS

17

Ephemerides GPS

18

RTK Fase portadora no corregida

19

RTK Pseudo distancia no corregida

20

RTK Correcciones fase portadora

21

RTK Correcciones Pseudodistancia

22

Parámetros de estación de referencia extendido

23

Tipo de antenna

24

Estación de referencia: parámetros ARP (Antenna Reference Point)

53

25, 26 27 28…30

No definido Extended DGPS Radiobeacon Almanaque No definido

31

Correcciones diferenciales GLONASS

32

Estación de referencia diferencial GLONASS

33

Salud constelación GLONASS

34

GLONASS corrección diferencial parcial GLONASS Null Name (N<=1)

35

GLONASS Radiobeacon Almanaque

36

Mensaje especial GLONASS

37

Diferencia con el sistema de tiempo GNS

38..58 59 60..63

No definido Mensaje propietario Multiple uso

Fuente: RTCM Data forma (Radio Technical Commission for Maritime Services)

Como fue mencionado anteriormente, el formato RTCM posee una estructura determinada. Sin embargo, esta que fue descrita solamente es válida para las versiones 2.0 a la 2.3 ya que la versión 3.0 cuenta con una nueva estructura desarrollada para aplicaciones en redes RTK, datos del sistema GNSS y estructura compacta de datos. 

RTCM 2.0 – 0.5 Kbit/S (DGPS)



RTCM 2.1 – 2.3 requiere 5 Kbit/S (DGPS + RTK)



RTCM 3.0 Requiere 2 Kbit/S

Por otro lado el formato RTCM posee cuatro grupos de mensajes los cuales se detallan en la siguiente tabla:

54

Tabla N°2.7 Tipos de mensajes RTCM en la versión 3.0 Nombre del grupo

Observaciones

Tipo de mensaje

Descripción del mensaje

1001

Solo observables L1 GPS RTK

1002

Solo observables L1 GPS RTK extendido

1003

Observables L1 & L2 GPS RTK

1004

Observables L1 & L2 GPS RTK extendido

1005

Solo Observables L1 GLONASS RTK

1006

Solo observables L1 extend. GLONASS RTK

1007

Observables L1 & L2 GLONASS RTK

1008

Coordenadas de la estación

Observables extendidas L1 & L2 GLONASS RTK ARP de Estación de referencia RTK

1009

estacionaria ARP de Estación de referencia RTK

1010

estacionaria con altura de antena

Descripción de

1011

Descriptor de la antena

la antena

1012

Descriptor de la antena y numero de serie

1013

Parámetros de sistema

Información de operación auxiliar Fuente: RTCM Data forma (Radio Technical Commission for Maritime Services)

2.7.3. State Space Representation (SSR) El SSR se encarga de describir y transmitir cada error individual GNSS. Algunas de las ventajas de esto se refieren a una alta disminución a los errores dependientes de las estaciones de referencia como los sesgos, el ruido, etc. gracias a una alta redundancia en las redes, además se consiguen mejores modelados e interpolaciones de los errores individuales, obteniendo modelos físicos más realistas

55

En el año 2007 se crea un grupo de trabajo junto a RTCM donde la meta primaria consiste en la elaboración de mensajes para intercambiar información sobre los estados del error GNSS (SSR) para aplicaciones de posicionamiento preciso, incluyendo RTK. El plan de trabajo de este grupo consiste en tres etapas: 

Etapa 1: Desarrollar mensajes con orbitas precisas, relojes satelitales, sesgos de códigos y un indicador de calidad (URA). Esto es compatible con el modo PPP básico usando productos IGS y permite realizar PPP en tiempo real con receptores de doble frecuencia



Etapa 2: Se desarrollarán mensajes con TEC Vertical (VTEC) de la ionosfera y con los sesgos de la fase del satélite. Este permite realizar PPP en tiempo real con receptores de frecuencia simple.



Etapa 3: Se desarrollarán mensajes de la influencia de la inclinación ionosférica (STEC) El retraso de la fase en la troposfera y la y es utilizable para RTK – PPP

Los mensajes RTCM SSR disponibles hasta ahora se detallan en el siguiente cuadro:

56

Tabla N°2.8 Tipos de mensaje RTCM v.3 + SSR

RTCMv3 SSR Message Types 1019 Efemérides transmitidas GPS 1020 Efemérides transmitidas GLONASS 1045 Efemérides transmitidas Galilleo 1057 Correcciones orbitales a las efemérides transmitidas GPS 1058 Correcciones de relojes a las efemérides transmitidas GPS 1059 Sesgos de códigos GPS 1060 Correcciones orbitales y de relojes (combinados) a las efemérides transmitidas GPS 1061 Precisión del rango usuario GPS 1062 Alta tasa GPS Correcciones de relojes a las efemérides transmitidas 1063 Correcciones orbitales a las efemérides transmitidas GLONASS 1064 Correcciones de reloj a las efemérides transmitidas GPS 1065 Sesgos de código GLONASS 1066 Correcciones orbitales y de relojes (combinados) a las efemérides transmitidas GPS 1067 Precisión del rango usuario GLONASS 1068 Alta tasa de GLONASS Correcciones de relojes a las efemérides transmitidas Fuente: RTS.IGS.ORG/Products

57

CAPITULO III 3.1.

RTKLIB

ANTECEDENTES GENERALES

RTKLIB es un paquete de programas de código abierto para el posicionamiento estándar y preciso con GNSS. RTKLIB consta de una biblioteca de programas portables y varios puntos de acceso (programas de aplicación) que utiliza la biblioteca. [Tomoji Takasu, 2013].

Este software es utilizado para la realización de posicionamiento estándar y preciso, utilizando datos brutos GNSS. Es capaz de ejecutar éstas labores tanto en tiempo real como en postproceso utilizando métodos con una estación base, punto de posicionamiento preciso (PPP) entre otros. Además de esto el software es compatible con las principales constelaciones de satelitales (GPS, GLONASS, Galileo, Beidou, SBAS, QZSS) y los principales formatos de intercambio de archivos.

RTKLIB se ejecuta con una interfaz gráfica de usuario en Windows y Linux.

Éste Paquete de datos posee distintas aplicaciones como se comenta, por lo que es necesario que contenga distintas aplicaciones y características, sumando también una variada compatibilidad de archivos, haciendo más amplia su utilización.

3.2.

CARACTERÍSTICAS Y COMPATIBILIDADES

Este Software es compatible con varios sistemas satelitales, como lo son GPS, GLONASS, GALILEO, QZSS, BeiDou y SBAS y además está posibilitado 58

de realizas distintos tipos de posicionamiento con GNSS, tanto en tiempo real como en post-proceso, los cuales se indican a continuación:         

Simple DGPS / DGNSS Cinemático (Post-Proceso) Estático (Post-Proceso) (Moving‐Baseline) movimiento de línea base Fijos PPP - cinemática PPP -Static PPP- Fijo.

Por otro lado, RTKLIB posee compatibilidad con distintos protocolos y formatos estándar GNSS, además de algunos mensajes propios de receptores GNSS:                 

RINEX (2.10, 2.11, 2.12) OBS/NAV/GNAV/HNAV/LNAV/QNAV, RINEX (3.00, 3.01, 3.02) OBS/NAV, RINEX 3.02 CLK RTCM (ver.2.3, 3.1 (with amendment 1‐5) y 3.2) BINEX NTRIP 1.0 NMEA 0183 SP3‐c ANTEX 1.4 IONEX 1.0 NGS PCV EMS 2.0. NovAtel : OEM4/V/6, OEM3, OEMStar, Superstar II Hemisphere: Eclipse, Crescent u‐blox: LEA‐4T/5T/6T 59



SkyTraq: S1315F, JAVAD, GRIL/GREIS, Furuno GW‐10‐II/III and NVS, NV08C BINR (refer Appendix D.2 for details).

Finalmente es compatible con la comunicación externa a través de: Serial, TCP / IP, NTRIP , archivo de registro local ( grabación y reproducción ) y FTP / HTTP ( descarga automática ) . 3.3.

Funciones y aplicaciones

RTKLIB incluye las siguientes GUI (Interfaces graficas de usuario), las cuales brindan la posibilidad de realizar trabajos variados facilitando su uso. Tabla N° 3.1 Funciones RTKLIB

Función Iniciador Posicionamiento en tiempo real Servicio de comunicación Posicionamiento en post proceso Convertidor RINEX Visualizador de soluciones Descargas de productos y datos GNSS Navegador NTRIP

GUI AP RTKLAUNCH RTKNAVI STRSVR RTKPOST RTKCONV RTKPLOT RTKGET NTRIP Browser

Fuente: Manual RTKLIB (Modificado)



RTKLAUNCH: Se refiere a la aplicación de inicio, la cual ofrece la posibilidad de iniciar las demás aplicaciones del software.

Imagen 3.1 RTKLAUNCH. Fuente: Manual RTKLIB 2.4.2.

60



RTKNAVI: Aplicación dedicada al posicionamiento en tiempo real en sus distintos tipos (diferencial, autónomo, por códigos, por fase portadora.) y utilizando distintos métodos para el flujo de datos (NTRIP, TCP/IP, Vía Serial.)

Imagen 3.2 RTKNAVI. Fuente: Manual RTKLIB 2.4.2.

Ofrece, como se aprecia en la imagen, una aplicación que monitorea en tiempo real el procesamiento que se esté realizando (RTK Monitor), entregando distintos datos importantes para el posicionamiento. Así como también se puede acceder a otras aplicaciones de RTKLIB (NTRIP Browser, RTKPLOT.) 

STRSVR: Aplicación destinada a realizar enlaces de comunicación, donde se puede configurar la secuencia de datos de entrada y salida a través de estos enlaces.

61

Imagen 3.3 STRSVR. Fuente: Manual RTKLIB 2.4.2. 

RTKPOST: En RTKPOST se realizan posicionamientos en post proceso, en sus distintos métodos (diferencial, autónomo, por códigos, por fase portadora.).

Imagen 3.4 RTKPOST. Fuente: Manual RTKLIB 2.4.2.

62



RTKCONV: RTKLIB ofrece un convertidor de formatos crudos como RTCM y BINEX a RINEX.

Imagen 3.5 RTKCONV. Fuente: Manual RTKLIB 2.4.2. 

RTKPLOT: Aplicación cuya función es otorgar una visualización de las observaciones obtenidas, tanto en tiempo real como en post proceso. RTKPLOT ofrece distintos tipos de gráficos, entre los que destacan los de posicionamiento (en sus tres ejes), velocidades, aceleraciones.

Imagen 3.6 RTKPLOT. Fuente: Manual RTKLIB 2.4.2.

63



RTKGET: La presente aplicación está dedicada a obtener distintas soluciones, como lo son los productos IGS, donde se encuentran las informaciones de relojes y las órbitas satelitales. Estas se descargarán a través de internet.

Imagen 3.7 RTKGET. Fuente: Manual RTKLIB 2.4.2.



NTRIP Browser: Aplicación utilizada para visualizar un visualizador de NTRP Caster.

Imagen 3.8 NTRIP Browser. Fuente: Manual RTKLIB 2.4.2.

64

CAPITULO IV 4.1.

DESARROLLO

ANTECEDENTES GENERALES El presente proyecto fue realizado por medio del Software libre RTKLIB y

distintas estaciones de referencia continua, las cuales fueron utilizadas por separado con el fin de efectuar posicionamientos PPP y así validar el software a partir de los análisis de los resultados obtenidos.

Los elementos utilizados por lo tanto fueron: 

Software RTKLIB



Estaciones de referencia continua:



CONZ. Estación de referencia continua ubicada en Concepción



TALC. Estación de referencia continua ubicada en Talca



SNTI. Estación de referencia continua ubicada en Santiago



EILA. Estación de referencia continua ubicada en Los Andes



CSNO. Estación de referencia continua ubicada en Calama



DGF2. Estación de referencia continua ubicada en el departamento de geofísica de la Universidad de Chile.

Este trabajo fue dividido en cuatro pruebas dedicadas al procesamiento PPP, tanto en tiempo real como en post proceso utilizando el software mencionado, ya que de esta forma se lograron conclusiones fidedignas sobre el funcionamiento del RTKLIB. Estas pruebas fueron las siguientes: 

Obtención de soluciones con PPP en tiempo real utilizando RTKNAVI para las estaciones de referencia continua pertenecientes a la empresa Geocom, estas son TALC, SNTI, EILA y CSNO, para luego

65

comparar estos resultados con las coordenadas ajustadas de la red Geocom la cual se encuentra en ITRF08 época 2013.98 

Obtención de soluciones con PPP en tiempo real utilizando RTKNAVI para la estación de referencia continua CONZ. utilizando primero observaciones GPS y luego observaciones GPS y GLONASS



Análisis de la solución PPP en tiempo real de la estación DGF2 perteneciente al departamento de Geofísica de la Universidad de Chile, a la cual se le indujeron ciertos movimientos, luego de que la solución hubo convergido, utilizando PPP estático y PPP cinemático.



Obtención de soluciones por PPP en post-proceso con RTKPOST utilizando los Rinex de la estación de referencia continua “CONZ” de Concepción y de las estaciones de Geocom, para luego comparar dichas soluciones con las coordenadas semanales de CONZ producto de la red SIRGAS-CON, obtenidas de la página de SIRGAS y con las coordenadas de la red GNSS de Geocom ajustadas en el marco de referencia ITRF08, época 2013.98.

4.2.

PPP EN TIEMPO REAL PARA ESTACIONES DE REFERENCIA CONTINUA GEOCOM POR MEDIO DE RTKNAVI

Como ya se mencionó, esta medición fue realizada con las Estaciones de referencia continua de la empresa Geocom: TALC, SNTI, EILA y CSNO a partir de las coordenadas de cada una, obtenidas en la página de postproceso PPP de Trimble RTX vía internet, ocupando RINEX del día 1 de enero del año 2014. Las coordenadas se muestran en las tablas a continuación.

66



RTX 01-01-2014

Tabla N° 4.1: Resultados PPP, coordenadas geocéntricas, utilizando método RTX para el día 01-01-2014

X (m) CSNO EILA SNTI TALC

2122120.776 1781658.089 1767650.740 1639614.498

Trimble RTX - ppp (ITRF08 E2014) (01-01-2014) Geocéntricas σX (m) Y(m) σY (m) Z(m) 0.004 0.004 0.004 0.004

-5504133.982 -5060758.222 -5026233.797 -4939547.650

0.005 0.005 0.005 0.005

-2423165.868 -3438939.893 -3495500.016 -3674757.607

σZ (m) 0.003 0.004 0.004 0.004


Tabla N° 4.2 Resultados PPP, coordenadas geodésicas, utilizando método RTX para el día 01-01-2014

° CSNO EILA SNTI TALC

-22 -32 -33 -35

Trimble RTX - ppp (ITRF08 E2014) (01-01-2014) Geodésicas ϕ λ(GG.gggg) σϕ (m) σλ (m) h (m) σh (m) ´ " ° ´ " -28 -1.21548 0.002 -68 -54 -57.01464 0.004 2315.835 0.006 -50 -1.25196 0.002 -70 -36 -18.71892 0.004 858.179 0.006 -26 -38.70888 0.002 -70 -37 -26.3802 0.004 614.788 0.006 -24 -21.94236 0.002 -71 -38 -13.66116 0.004 132.152 0.006 Fuente: Elaboración propia

Por otro lado, para realizar una comparación de los resultados, se utilizó las coordenadas de la red GNSS Geocom, la cual posee soluciones ajustadas, calculadas con GNSS diferencial en ITRF08 época 2013.98. Estas coordenadas son presentadas a continuación.

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Tabla N°4.3 Coordenadas estaciones de referencia continua Geocom ID de punto

X (Metro)

X Error (Metro)

Y (Metro)

Y Error (Metro)

Z (Metro)

Z Error 3D Error (Metro) (Metro)

CSNO

2122120.777

0.002

-5504133.975

0.004

-2423165.863

0.002

0.005

EILA

1781658.086

0.002

-5060758.209

0.003

-3438939.887

0.002

0.004

SNTI

1767650.734

0.002

-5026233.784

0.003

-3495500.010

0.002

0.004

TALC

1639614.501

0.002

-4939547.647

0.003

-3674757.609

0.002

0.004


Luego, para el PPP en tiempo real se utilizó la función RTKNAVI del software RTKLIB, la cual debió ser configurada como se indica en el siguiente punto. Estas mediciones fueron efectuadas por medio del método NTRIP, donde se utilizó el caster de Geocom para el flujo de datos del receptor (en este caso las estaciones de referencia mencionadas) ya que dicho caster incluye todas las estaciones que se ocuparon en la medición, mientras que para el flujo de datos de las correcciones se utilizó el caster “products.igsip.net” perteneciente al IGS, en el cual se optó por ocupar el punto de montaje “CLK01”. Los tiempos de observación fueron de 15 horas aproximadamente en cada caso, limitado por el software el cual culminaba las observaciones alrededor de esta cantidad de tiempo ya que perdía la recepción de información.


Lo primero luego de iniciar RTKNAVI es configurar las opciones de este. Se decidió establecer la configuración utilizada, ya que luego de una serie de pruebas con distintos modos, los cuales tuvieron resultados variados de mediana calidad, se le envió un correo al señor Tomoji Takasu (Creador de software) el cual en su respuesta indicó la manera de realizar esta configuración, demostrando que las correcciones para mareas terrestres debían 68

ser tomada como sólidas, aconsejó utilizar el modelo IONO Free LC, combinación lineal de L1 y L2, la cual corrige la mayor parte del efecto atmosférico, como las demoras en la señal producto de la ionosfera, sin embargo, genera un ruido peor a estas por si solas, resultando de menor calidad. Para las correcciones troposféricas propuso utilizar la estimación del retraso troposférico cenital (Estimated ZTD), parámetros los cuales reflejan condiciones y variaciones climáticas que afectan a la medición. Por otra parte las efemérides que se utilizaron, tal y como lo dice el señor Takasu fueron las transmitidas junto con las correcciones SSR referidas al APC, finalmente quedó configurado de la siguiente forma para cada estación, variando en la Antenna Type

Positioning Mode: PPP Static Elevation Mask: 15 Earth Tide Correction: Solid Ionosphere correction: Iono-Free LC Troposphere correction: Estimate ZTD Satellite Ephemeris / Clock: Broadcast+SSR APC Excluded satellite: GPS Sat PCV, Rec PCV, Ph-Windup Reject Ecl

Imagen 4.1 RTKNAVI, Configuración Fuente: Elaboración propia

69

Code/Carrier-phase error Ratio: 1000,1000 Antenna Type: TRM 55970.00 NONE Satellite/Receiver Antenna PCV: Se utilizó el archivo ngs_abs.pcv y el igs08_1771.atx

Imagen 4.2 RTKNAVI, Configuraciones. Fuente: Elaboración propia

En cuanto al archivo .atx se ocupó la versión de la semana GPS N° 1771 ya que es la versión actualizada de la indicada por el señor Takasu. Este archivo se consiguió en la aplicación RTKGET del software RTKLIB descargándolo de la siguiente manera:

70

Imagen 4.3 RTKGET, descarga IGS08_1771.atx Fuente: Elaboración propia

En este caso se buscó el archivo ATX en la segunda pestaña superior izquierda de la aplicación RTKGET, el Time Span debió ser un día dentro de la semana 1771 a la cual pertenecía el archivo, finalmente se indicó el destino de este para así descargar.

Se opta por utilizar esta versión actualizada ya que se recibió el siguiente mail, el cual indica los cambios que este archivo tiene con respecto al anterior. Dear IGS colleagues! The absolute IGS antenna correction file (igs08_wwww.atx) has been updated. The new release is called 'igs08_1771.atx'. It contains the following changes: 1) According to NANU 2013080, Block IIR-M satellite SVN49 resumed transmitting L-band utilizing PRN30 on 19 December 2013. Therefore, the following satellite has been added to igs08.atx: G30 (G049) Source: > NOTICE ADVISORY TO NAVSTAR USERS (NANU) 2013080 NANU TYPE: GENERAL > *** GENERAL MESSAGE TO ALL GPS USERS *** ON APPROXIMATELY 19 DEC 2013,

71

SVN49 WILL RESUME TRANSMITTING L-BAND UTILIZING PRN30. AT L-BAND ACTIVATION, SVN49/PRN30 WILL BE UNUSABLE UNTIL FURTHER NOTICE. ADDITIONALLY, NO BROADCAST ALMANACS WILL INCLUDE SVN49/PRN30 UNTIL FURTHER NOTICE. http://www.navcen.uscg.gov/?Do=gpsShowNanu&num=2013080 2) A decommission date for the following satellite has been added: G30 (G027): 17 December 2013 According to the IGS tracking statistics as provided by CODE, G30 data is not available for DOY 352 (18 December 2013): ftp://ftp.unibe.ch/aiub/igsdata/odata_gnss_day.txt

The updated antenna correction model is available at ftp://igs.org/pub/station/general/igs08_1771.atx or ftp://igs.org/pub/station/general/igs08.atx Thanks to Richard Langley for his help! With best regards, Ralf Schmid on behalf of the IGS Antenna Working Group _______________________________________________ IGSMail mailing list [email protected] http://igscb.jpl.nasa.gov/mailman/listinfo/igsmail -------- Original-Nachricht -------Betreff: [IGSMAIL-6845] igs08_1771.atx: Update including reactivated Block IIR-M satellite SVN49/PRN30 Datum: Fri, 20 Dec 2013 10:08:08 +0100 Von: Ralf Schmid An: [email protected], [email protected]

Finalmente, luego de realizar las configuraciones indicadas se ingresó la coordenada de la estación a medir (Coordenada conocida como Topocentro para un sistema de coordenadas topocéntricas), con el fin de obtener soluciones con coordenadas topocéntricas. El software en este caso presenta una falla, ya que no posee un lugar dedicado a esto específicamente, para indicar la coordenada pivote se escogió la opción “Kinematic” en “Positioning Mode” por un momento y no PPP Static como se había hecho hasta ahora, 72

luego en la pestaña “Positions” se ingresó las coordenadas en “Base Station”, lo que hizo que el software reconozca estas como el topocentro de la observación, para terminar se volvió a cambiar Kinematic por PPP Static en el Positioning Mode.

Ya con las opciones configuradas se ingresaron los flujos de datos, tanto los de la antena como de las correcciones, para esto, en el botón ” ɪ “ se escogió en Rover y Correction la opción NTRIP Client con la cual se recibieron los flujos de datos vía internet. Entonces entrando en la opción Opt se pudo visualizar lo siguiente:

Imagen 4.4 NTRIP Client Options, RTKNAVI Fuente: Elaboración propia

Donde NTRIP Client Host se refiera a la dirección del caster a utilizar (en este caso el de Geocom) con el puerto 5019 y el Mountpoint o Punto de montaje, este ultimo se seleccionó de la opción “NTRIP…” ubicada en la esquina inferior izquierda.

73

Imagen 4.5 NTRIP Browser, RTKNAVI Fuente: Elaboración propia

Se despliega entonces la aplicación NTRIP Browser, este está dedicado a mostrar los puntos de montaje disponibles y sus respectivas características. Las estaciones utilizadas como se aprecia en la imagen son de formato RTCM V3.1. las cuales todas poseen efemérides transmitidas en sistema GPS y GLONASS. Por lo tanto se escribió el nombre del punto de montaje elegido en la pestaña Mountpoint de NTRIP Client Options.

Por otro lado, al configurar las correcciones se utilizó el caster “products.igs-ip.net” como se ve en la siguiente imagen, donde a diferencia del caster de Geocom aquí se utilizó el puerto 2101 y el punto de montaje de la misma manera que el anterior se escoge en la aplicación NTRIP Browser

74

Imagen 4.6 NTRIP Client Options, RTKNAVI Fuente: Elaboración propia

Imagen 4.7 NTRIP Browser, RTKNAVI Fuente: Elaboración propia

75

En cuanto al punto de montaje, se optó por utilizar el CLK01, este es un producto del IGS el cual proviene de observaciones de una red de alrededor de 300 estaciones GNSS, contribuyendo en este caso correcciones tanto de reloj como de orbitas y además los sesgos de código para GPS y para GLONASS, como lo indica NTRIP Browser posee los mensajes 1057(60), 1058(5), 1059(5), 1063(60), 1064(5) y 1065(5), donde lo que no está entre paréntesis es el detalle de los mensajes enviados y lo que está entre paréntesis se refiere a la tasa de repetición del flujo de datos en segundos, es decir lo que tarda en repetir completamente el conjunto de mensajes. Existió la opción de usar el punto de montaje “IGS03” sin embargo al utilizarlo, las mediciones se veían afectadas cortándose el flujo de datos en el segundo 10 hasta el segundo 28 de cada minuto (todos los minutos que duró la observación) como muestra la siguiente imagen, obtenida de la aplicación RTKPLOT.

Imagen 4.8 RTKPLOT Cortes del stream de datos, RTKNAVI Fuente: Elaboración propia

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Para aclarar esto se envió un mail al creador del software el señor Tomoji Takasu quien respondió que si la latencia de los mensajes de corrección excede los 10 segundos la medición será rechazada indicando que la latencia del IGS03 era demasiado grande por lo que aconsejó utilizar otro punto de montaje. La latencia es entendida como el retardo temporal de las señales utilizadas

Finalmente, antes de comenzar la medición, se indicó que las coordenadas obtenidas (Topocéntricas y Geocéntricas) segundo a segundo se fuesen guardando en un archivo .log de cada estación. Al tener todo esto ya configurado, presionando “START” se comenzó la medición.

Imagen 4.9 RTKNAVI Fuente: Elaboración propia

77

4.3.

PPP EN TIEMPO REAL DE ESTACIÓN DE REFERENCIA “CONZ” POR MEDIO DE RTKNAVI

En esta prueba se utilizó la estación de referencia continua llamada CONZ, esta está ubicada en la ciudad de Concepción, Chile, en el observatorio geodésico TIGO. Esta antena permite realizar observaciones GPS Y GLONASS con un muestreo de 1Hz. En esta ocasión, la prueba consistió en realizar dos tipos de observaciones PPP en tiempo real para la estación CONZ utilizando como referencia las coordenadas actualizadas semanalmente en la página de SIRGAS, las que se muestran a continuación, en estas no se detalla la precisión ya que no sale especificado en la fuente: Tabla N° 4.4 Coordenadas CONZ semana GPS N° 1773 obtenidas de SIRGAS.ORG CONZ (1773)

X (m)

Y (m)

Z (m)

1492004.551 4887911.280 3803640.260 Fuente: Elaboración propia

Una de estas observaciones se realizó solo con Satélites GPS y la otra se utilizó GPS y GLONASS, se siguió usando el punto de montaje CLK01 en las correcciones con el caster products del IGS por la situación comentada en la prueba anterior, sin embargo esta vez no se utilizó el caster de Geocom para la antena, sino que el caster del IGS “www.igs-ip.net”. Por lo tanto, la configuración de la aplicación RTKNAVI fue la siguiente:


La Configuración en este caso es similar a la anterior ya que una vez en la pantalla principal de RTKNAVI al ingresar en opciones la configuración solamente cambia en que una medición se seleccionó GLONASS y en la otra no. 78

Se decidió Realizar esta prueba con el fin de entender la diferencia entre ambas soluciones, es decir, contrastar resultados GPS con los GPS + GLONASS analizando si se afecta la precisión y/o exactitud de los resultados, o disminuyen los tiempos de convergencia, etc.

Imagen 4.10 Options RTKNAVI (GPS y GPS+GLONASS) Fuente: Elaboración propia

En cuanto a las otras opciones, estas son configuradas del mismo modo que la prueba anterior (a excepción de las coordenadas), por lo que en esta ocasión no será mostrado. En cuanto a los casters, como ya se comentó, para el móvil se ocupo el del IGS al igual que para las correcciones se ocupó también otro caster del IGS donde se escogieron los puntos de montaje CONZ y CLK01 respectivamente en la aplicación NTRIP Browser.

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Imagen 4.11 NTRIP Client Options Rover, RTKNAVI (Mountpoint CONZ0) Fuente: Elaboración propia

Imagen 4.12 NTRIP Client Options Corrections, RTKNAVI (Mountpoint CONZ0) Fuente: Elaboración propia

Luego, al poner en marcha el software presionando START en la pantalla principal, la prueba con observaciones GPS + GLONASS no consiguió funcionar correctamente ya que no pudo iniciar la medición, esto corrobora lo que el señor Takasu mencionó en su primer mail, donde indica que “por el momento las orbitas y relojes GLONASS del IGS no son validas con RTKLIB, no entendiendo el por qué”. Por otro lado, la medición con solo observaciones GPS Funcionó normalmente, colectando datos por más de 18 horas.

80

4.4.

PPP EN TIEMPO REAL EN MODO ESTATICO Y CINEMÁTICO DE LA ESTACIÓN DGF2 POR MEDIO DE RTKNAVI MIENTRAS SE LE INDUCEN MOVIMIENTOS

Para realizar las presentes observaciones se dispuso de la estación DGF2 ubicada en el departamento de Geofísica de la Universidad de Chile, la cual fue cambiada de lugar en sucesivas ocasiones.

Primero, la configuración del software RTKLIB debió realizarse de 2 formas, utilizando PPP estático y PPP Cinemático (Ambos en tiempo real) con la finalidad de observar el comportamiento de los datos con los distintos métodos al observar una antena en movimiento. Este se dejo converger un poco menos de tres horas y media, comenzando la observación a las 12:24 hrs del día 11 de febrero y efectuando los movimientos a la antena alrededor de las 15:45. Las coordenadas utilizadas como “Pivote” son presentadas en la siguiente tabla: Tabla N° 4.5 Coordenadas DGF2

DGF2

X (m)

Y (m)

Z (m)

1764067.792 5026609.868 3496699.621 Fuente: Elaboración propia

En esta ocasión el caster utilizado para la antena, distinto al de los casos anteriores, fue suministrado por la misma estación de referencia, cuya dirección se trató de una interna de la red de la universidad de chile.

En esta prueba por lo tanto se buscó verificar la capacidad del programa para representar los movimientos efectuados a la antena con la cual se trabajó, observando los datos arrojados y los gráficos en tiempo real (velocidades y posiciones), tanto para el PPP Estático como para el PPP cinemático. 81

4.4.1. Configuración RTKNAVI Esta vez la configuración de la aplicación RTKNAVI fue casi igual que las anteriores, con la diferencia que en una de las dos mediciones se cambió de PPP STATIC a PPP KINEMATIC como se muestra a continuación

Imagen 4.13 Options RTKNAVI (PPP Static y PPP Kinematic) Fuente: Elaboración propia

Por otro lado como se comentó anteriormente, en las opciones NTRIP se configuró con la dirección del caster, que en esta oportunidad se trató de un caster interno de la estación de referencia, el cual tiene la posibilidad de utilizarsólo el punto de montaje de la misma, aunque en varios formatos si así es configurado y requerido. Finalmente el punto de montaje de la antena DGF2. En cuanto a la configuración de las correcciones, se utilizó el mismo caster y punto de montaje utilizado anteriormente (dirección www.products.igs-ip.net y punto de montaje CLK01).

Ya configurado lo anterior e indicado la dirección del archivo .log que se generó para guardar los datos segundo a segundo de la observación, se procedió a medir presionando Start.

82

4.5.

PPP

EN POST-PROCESO

EN

MÉTODO

ESTÁTICO

DE

LA

ESTACIÓN CONZ Y ESTACIONES DE GEOCOM, POR MEDIO DE RTKPOST

Para realizar un posicionamiento PPP en post proceso en el software RTKLIB se seleccionó la aplicación RTKPOST la cual es la indicada para llevar a cabo dicho propósito. Esta aplicación pide una serie de archivos los cuales debieron ser descargados previamente, como lo son los archivos de observación, de navegación, efemérides precisas, archivos de reloj e IONEX. Estos se obtuvieron mediante a la aplicación RTKGET del software RTKLIB para la semana GPS número 1773, día 3, lo que se refiere a la fecha 1 de enero del presente año (2014) en archivos de 24 horas provenientes del IGS, a excepción de los archivos de observación de las estaciones de Geocom, de las cuales se contó con los RINEX respectivos.

Imagen 4.14 RTKGET, Descarga archivo OBS de la estación CONZ Fuente: Elaboración propia

Luego de haber descargado los archivos necesarios, se configuró la aplicación RTKPOST para realizar el post proceso PPP de la estación de referencia CONZ y las estaciones de Geocom. 83

Los resultados obtenidos en este procesamiento fueron comparados con las coordenadas de la estación de referencia continua CONZ obtenidas por la red SIRGAS CON puestas a disposición en la página de SIRGAS.org y con las coordenadas de las estaciones de Geocom dispuestas por la red GNSS ajustada de Geocom, las cuales se muestran a continuación. Tabla N°4.6 Coordenadas CONZ

N° Estación 143

Nombre de estación CONZ 41719M002

X (m) 1492005

Y (m) -4887911

Z (m) -3803640

Flag A


Tabla N°4.7 Coordenadas Estaciones de referencia continua Geocom ID de punto

X

X Error

Y

Y Error

Z

Z Error 3D Error

(Metro)

(Metro)

(Metro)

(Metro)

(Metro)

(Metro)

(Metro)

CSNO

2122120.777

0.002

-5504133.975

0.004

-2423165.863

0.002

0.005

EILA

1781658.086

0.002

-5060758.209

0.003

-3438939.887

0.002

0.004

SNTI

1767650.734

0.002

-5026233.784

0.003

-3495500.010

0.002

0.004

TALC

1639614.501

0.002

-4939547.647

0.003

-3674757.609

0.002

0.004


4.5.1. Configuración RTKPOST

La configuración de la aplicación RTKPOST se divide en dos partes donde una es el ingreso de los archivos requeridos (archivos de observación, navegación, efemérides precisas, etc) y la otra son las opciones, las cuales se configuraron de una forma similar a las opciones de la aplicación RTKNAVI, utilizando PPP Static. En esta ocasión no se configuró en método cinemático, ya que la finalidad del post proceso realizado fue el posicionamiento de un 84

punto el cual no estaba en movimiento, por lo tanto el método estático es el que puede representar con mayor certeza este requerimiento. Por lo tanto en las opciones se ingresó lo siguiente, solo variando la opción “Satellite Ephemeris / Clock” (con respecto a la nombrada configuración del RTKNAVI) la cual al tratarse de un post proceso se escogió “Precise” y el archivo .atx se continuó utilizando en su versión actualizada en la semana 1771 por lo comentado anteriormente:

Positioning Mode: PPP Static Elevation Mask: 15 Earth Tide Correction: Solid Ionosphere correction: Iono-Free LC Troposphere correction: Estimate ZTD Satellite Ephemeris / Clock: Precise Excluded satellite: GPS Sat PCV, Rec PCV, Ph-Windup Reject Ecl Code/Carrier-phase error Ratio: 1000,1000 Antenna Type: “TRM 55970.00 NONE” En el caso de las estaciones de Geocom y “LEIAR25.R3” para CONZ Satellite/Receiver Antenna PCV: Se utilizó el archivo ngs_abs.pcv y el igs08_1771.atx

En cuanto al ingreso de datos, se configuró primeramente el periodo de medición, es decir, el tiempo de partida y el de finalización indicando la fecha 2014 – 01 – 01 hora 00:00:00 con finalización en la fecha 2014 – 02 – 01 con hora 00:00:00. Luego se indicó el intervalo con el que se colectarían las soluciones, el cual se decidió que sería cada 30 segundos. Finalmente se ingresaron los archivos descargados desde la aplicación RTKGET y se configuró la dirección de destino del archivo generado por este post proceso, el 85

cual tuvo extensión .pos. Cabe destacar que RTKPOST no permite ingresar el archivo “RINEX OBS” para la estación base, ya que se está realizando post proceso con método PPP. Estos archivos se ingresaron en el orden tal de que desde arriba hacia abajo en las pestañas de la ventana de la aplicación quedó: el archivo de observación, de navegación, el archivo SP3 (Archivo efemérides y relojes satelitales precisos) y finalmente el archivo .CLK (archivo perteneciente los relojes satelitales precisos). Se ingresó el archivo CLK a cambio del archivo .14i (Archivo IONEX 1.0 el cual se utiliza para correcciones de cuadricula del TEC vertical ionosférico) que se tenía pensado ya que se le envió un mail al señor Tomoji Takasu (creador del software) preguntando por la posibilidad de ingresar 2 archivos en una misma pestaña, sin embargo respondió aconsejando utilizar el archivo .CLK en reemplazo del 14i.

Finalmente el RTKPOST quedó configurado de la siguiente manera, donde se muestra la pantalla principal ya ingresados los archivos a utilizar, en esta ocasión solo se muestra la configuración de la estación CONZ, pues las demás se logran de la misma forma.

Imagen 4.15 RTKPOST, Ingreso de archivos para post proceso PPP estación CONZ Fuente: Elaboración propia

86

Luego de ingresar los archivos se presionó “Execute” para poner en marcha el post proceso

Imagen 4.16 RTKPOST, post proceso PPP estación CONZ Fuente: Elaboración propia

87

CAPITULO V

RESULTADOS

Los resultados obtenidos en las mediciones serán descritos en cuatro partes, de acuerdo a la prueba correspondiente, estos serán detallados tanto gráficamente como también en tablas, donde su análisis se realizará en el capítulo V. Los datos obtenidos en las mediciones fueron entregados en un archivo Log, donde la frecuencia de almacenado fue cada un segundo, por lo que se decidió filtrarlos cada un minuto y así bajar la carga de puntos a procesar.

5.1. RESULTADOS PRUEBA CON ESTACIONES DE REFERENCIA CONTINUA DE EMPRESA GEOCOM

En capítulo III se describió esta prueba, donde se indicó que el procesamiento (en tiempo real) de las estaciones de referencia continua de Geocom fue realizado con la aplicación RTKNAVI la cual arrojó tal como se configuró dos log de datos de cada medición. Estos log contenía datos en coordenadas topocéntricas, geocéntricas y el tiempo que correspondía cada coordenada (Fecha y hora GPS) obteniéndose cada un segundo una actualización de ellas. Las observaciones duraron alrededor de 25 horas y se expresan a continuación en gráficos de coordenadas topocéntricas versus el tiempo que duró la medición. Por otro lado las desviaciones estándar, promedios y rangos logrados de cada componente se calcularon luego de haber convergido tanto en coordenadas topocéntricas, con la finalidad de conocer el comportamiento de la medición en el transcurso de esta y en coordenadas geocéntricas para conocer la exactitud de las posiciones obtenidas en el marco de referencia dado, detallándose en tablas para cada estación.

88

5.1.1. TALC

TALC es una de las estaciones de referencia utilizadas en esta ocasión. Esta está ubicada en Talca y la observación se efectuó entre el día 7 y 8 de febrero del presente año (2014) la cual tuvo una duración de 26 horas con 25 minutos y 48 segundos, colectando 95149 datos (almacenando un dato por segundo), luego estos se filtraron seleccionando un dato por minuto, obteniendo y utilizando finalmente 1587 datos. Los gráficos se muestran a continuación al igual que las tablas de desviaciones estándar y promedios los cuales fueron calculados luego que las componentes convergiesen, en este caso este proceso demoró 4 horas.

Imagen 5.1 RTKPLOT, Gráfico


PPP-RT Estación de referencia

componentes convergidas

continua TALC



89

Tabla N°5.1Resultados TALC. Coordenadas topocéntricas

TALC

N

Promedio 1σ Desviación 2σ estándar 3σ Rango

E

U

-0.014

0.005

-0.055

0.011

0.003

0.036

0.022

0.007

0.071

0.033

0.010

0.107

0.038

0.012

0.159


Tabla N°5.2 Resultados TALC. Coordenadas geocéntricas

TALC XYZ

X

Promedio

1639614.470

Desviación estándar

Y

Z

-4939547.610 -3674757.570

1σ

0.011

0.029

0.020

2σ

0.022

0.059

0.040

3σ

0.034

0.088

0.060

0.053

0.128

0.086

Rango


Tabla N°5.3 Exactitud TALC. Con respecto a red GNSS - Geocom

TALC TALC Geocom TALC RTKPOST Diferencia

X

Y

Z

1639614.500 -4939547.650 -3674757.610 1639614.470 -4939547.610 -3674757.570 -0.029

Distancia entre puntos

0.033

0.038 0.058


5.1.2. SNTI

Esta estación la cual se encuentra ubicada en la ciudad de Santiago en la sede de la empresa Geocom específicamente, fue ocupada en la observación de la presente prueba al igual que TALC los días 7 y 8 de febrero del año actual (2014). Esta medición tuvo una duración de 26 horas 18 minutos y 36 segundos almacenando 94719 datos (uno por segundo) y de la misma manera que se 90

hizo con TALC estos fueron filtrados cada un minuto, quedando finalmente 1580 datos. Los gráficos y tablas de resultados estadísticos se muestran a continuación, cálculos realizados al igual que TALC a partir de las 4 horas (tiempo que demoró en convergir la solución).





continua SNTI



Tabla N°5.4 Resultados SNTI. Coordenadas topocéntricas

SNTI Promedio 1σ Desviación 2σ estándar 3σ Rango

N

E

U

-0.032

0.002

0.010

0.009

0.003

0.044

0.019

0.006

0.088

0.028

0.008

0.133

0.032

0.010

0.185


91

Tabla N°5.5 Resultados SNTI. Coordenadas. geocéntricas

SNTI XYZ Promedio

X

Y

Z

1767650.710 -5026233.820 -3495500.020

1σ Desviación 2σ estándar 3σ

0.010

0.037

0.024

0.020

0.073

0.049

0.031

0.110

0.078

Rango

0.044

0.153

0.099


Tabla N°5.6 Exactitud SNTI. Con respecto a red GNSS - Geocom

SNTI SNTI Geocom SNTI RTKPOST Diferencia

X

Y

Z

1767650.730 -5026233.780 -3495500.010 1767650.710 -5026233.820 -3495500.020 -0.021


-0.033

-0.009 0.040


5.1.3. EILA

La estación EILA se ubica en la ciudad de Los Andes, con la cual se colectaron 94169 en 26 horas 9 minutos y 36 segundos, esto se realizó los días 7 y 8 de febrero de este año (2014) donde luego se filtraron los datos obtenidos por minuto, resultando 1572 de estos finalmente. A continuación se exponen los gráficos y resultados estadísticos, calculados luego de que la solución hubo convergido, aproximadamente 4 horas.

92





continua EILA



Tabla N°5.7 Resultados EILA. Coordenadas topocéntricas

EILA

N

E

U

Promedio

-0.037

-0.002

0.138


0.008

0.005

0.039

0.015

0.011

0.078

0.023

0.016

0.117

0.028

0.010

0.178

Rango


Tabla N°5.8 Resultados EILA. Coordenadas Geocéntricas

EILA XYZ Promedio Desviación estándar Rango

X

Y

Z

1781658.090 -5060758.340 -3438939.970

1σ

0.012

0.034

0.018

2σ

0.024

0.067

0.036

3σ

0.037

0.101

0.054

0.056

0.153

0.084


93

Tabla N°5.9 Exactitud SNTI. Con respecto a red GNSS - Geocom

EILA EILA Geocom EILA RTKPOST

X

Y

Z

1781658.090 -5060758.210 -3438939.890 1781658.090 -5060758.340 -3438939.970

Diferencia

0.007

-0.134


-0.083 0.158


5.1.4. CSNO

Finalmente la cuarta estación de la empresa Geocom utilizada fue CSNO, estación de referencia continua la cual está ubicada en la ciudad de Calama, la observación se realizó al igual que las demás los días 7 y 8 de febrero del presente año, observación cuya duración fue de 26 horas, 23 minutos y 8 segundos recaudando 94988 datos (un dato cada un segundo) para luego filtrar dichos resultados por minuto quedando finalmente una cantidad de 1584 datos. A continuación se pueden observar los gráficos y resultados estadísticos calculados luego de que las componentes convergieron (4 horas de medición).





continua CSNO



94

Tabla N°5.10 Resultados CSNO. Coordenadas topocéntricas

CSNO

N

E

U

Promedio

-0.013

0.006

0.044


-0.013

0.006

0.044

-0.014

0.008

0.110

-0.023

0.012

0.166

0.021

0.014

0.151

Rango


Tabla N°5.11 Resultados CSNO. Coordenadas geocéntricas

CSNO XYZ

X

Promedio

Y

Z

2122120.780 -5504134.027

-2423165.880


0.010

0.030

0.0143

0.020

0.059

0.0285

0.030

0.089

0.0428

Rango

0.052

0.128

0.0682


Tabla N°5.12 Exactitud CSNO. Con respecto a red GNSS - Geocom

CSNO

X

Y

Z

CSNO Geocom

2122120.780 -5504133.980 -2423165.860

CSNO RTKPLOT

2122120.780 -5504134.030 -2423165.880

Diferencia

0.003

-0.052


-0.016 0.054


5.2.

RESULTADOS PRUEBA PROCESAMIENTO PPP EN TIEMPO REAL CON ESTACIÓN CONZ

Esta prueba consistió en dos observaciones de la estación de referencia continua CONZ por medio de la aplicación RTKNAVI. Una de estas observaciones fue realizada considerando mediciones a satélites del sistema GPS y la otra considerando el sistema GPS y el sistema GLONASS. Todo esto

95

para analizar que incidencia tiene GLONASS en las mediciones. Los resultados fueron arrojados en un archivo Log desde RTKNAVI, archivo el cual contuvo las coordenadas topocéntricas de la estación de referencia continua y la fecha y hora GPS de esta medición. Estas observaciones se detallan a continuación por medio de gráficos y resultados estadísticos.

5.2.1. Observación con sistema GPS

La estación de referencia continua CONZ está ubicada en la ciudad de Concepción, esta medición fue realizada entre los días 10 y 11 febrero donde se obtuvieron 67582 datos en una duración de 18 horas 46 minutos y 12 segundos (colectando un dato por segundo mientras duró la medición). Luego los resultados obtenidos fueron filtrados por minuto, obteniendo finalmente 1128 datos. A continuación se muestran los gráficos de la medición y los resultados estadísticos.





continua CSNO



96

Tabla N°5.13 Resultados CONZ. Coordenadas topocéntricas

CONZ Promedio 1σ Desviación estándar 2σ 3σ Rango

N

E

U

-0.009

0.007

0.253

0.011

0.010

0.032

0.021

0.021

0.065

0.032

0.031

0.097

0.040

0.036

0.138


5.2.2. Observaciones con sistema GPS y GLONASS Como se comentó en el capítulo III para el software RTKLIB no son válidas las órbitas y relojes GLONASS, por lo que no se tuvo resultados, ya que no se inicializó la medición.

5.3.

RESULTADOS PRUEBA PROCESAMIENTO PPP EN TIEMPO REAL PARA ESTACIÓN DE REFERENCIA CONTINUA DGF2

En Esta prueba se utilizó la estación de referencia continua DGF2 ubicada en el departamento de geofísica de la Universidad de Chile. Con ella se realizó un posicionamiento PPP en tiempo real con la aplicación RTKNAVI, este posicionamiento tuvo la variante de inducir movimientos en la estación luego de que el procesamiento haya convergido, tanto en modo estático como cinemático. Por lo tanto se registró el movimiento de la estación en las 3 componentes (en ambos métodos) y sus respectivas velocidades instantáneas en los gráficos entregados por la aplicación RTKPLOT. Esta prueba tuvo una duración de 4 horas 53 minutos y 23 segundos en total, donde la observación con el método estático ocupó el tiempo completo y la que se realizó en método cinemático utilizó 3 horas 57 minutos y 17 segundos de este.

97

5.3.1. PPP en tiempo real método estático

Imagen 5.11 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua DGF2 método estático Fuente: Elaboración propia

Imagen 5.12 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua DGF2 método estático Componentes convergidas Fuente: Elaboración propia

98

5.3.2. PPP en tiempo real en método cinemático

Imagen 5.13 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT Estación de referencia continua DGF2 método cinemático Fuente: Elaboración propia

Imagen 5.14 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT, DGF2, método cinemático componentes convergidas Fuente: Elaboración propia

99

5.3.3. PPP en tiempo real, ambos métodos

Para favorecer a la comparación de ambos métodos se superpusieron los gráficos obtenidos de estos, indicando con color azul el proceso con método cinemático y con color rojo el posicionamiento con método estático.

Imagen 5.15 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT, DGF2, ambos método Fuente: Elaboración propia

Imagen 5.16 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT, DGF2, método estático y cinemático componentes convergidas Fuente: Elaboración propia

100

En la mitad de la medición se registraron cortes en el stream de datos, los cuales quedaron plasmados en el gráfico del proceso, diferenciandose la observación en método estático de la realizada con método cinemático como se muestra a continuación

Imagen 5.17 RTKPLOT, Gráfico PPP-RT, DGF2, cortes del stream de datos método estático y cinemático Fuente: Elaboración propia

5.3.4. Velocidades

Finalmente esta prueba al presentar movimiento en la estación, se pudo registrar la velocidad con que se realizó este, quedando expuesta en los siguientes gráficos cuyas componentes contemplan m/s vs TGPS. Para fines prácticos solo se detallan los gráficos cuando se realizaron los movimientos, es decir, luego de que las observaciones estuvieron convergidas, obteniendo definitivamente tres gráficos, dedicados dos a las observaciones con los dos métodos respectivamente y uno a la superposición de ambos.

101

Imagen 5.18 RTKPLOT, velocidades. Movimiento en método estático Fuente: Elaboración propia

Imagen 5.19 RTKPLOT, velocidades. Movimiento en método cinemático Fuente: Elaboración propia

102

Imagen 5.20 RTKPLOT, velocidades. Movimiento en ambos métodos Fuente: Elaboración propia

5.4.

RESULTADOS

PPP

POST

PROCESO

ESTACIONES

DE

REFERENCIA CONTINUA DE GEOCOM Y CONZ CON APLICACIÓN RTKPOST

Esta prueba se realizó con la aplicación RTKPOST y con la estación CONZ y las de Geocom. Para esto se utilizaron los archivos del día 01 de enero del presente año (2014) los cuales fueron descargados en RTKGET como se indicó en el capítulo III. Los resultados fueron entregados, como se expone a continuación, en gráficos que representaron el posicionamiento en coordenadas topocéntricas y además tablas de desviación estándar, promedios y rango de las coordenadas geocéntricas, estas últimas fueron utilizadas con el fin de compararlas con las coordenadas semanales de CONZ de la red SIRGAS-CON y con las coordenadas geocéntricas obtenidas de la red GNSS de Geocom.

103

5.4.1. CONZ

Imagen 5.21 RTKPLOT, Post proceso


estación de referencia continua TALC




Para el cálculo de los siguientes valores estadísticos se estableció según el gráfico anterior que la convergencia o estabilidad de la observación se alcanza realmente a las 6 horas aproximadamente de la medición, (se indica con la línea de color rojo) por lo que se realizan los cálculos desde tal hora. Al ser los datos obtenidos cada 30 segundos (ya que así se configuró) se obtuvieron en total 2880 en total, comenzando los cálculos en el dato número 781 (perteneciente a la hora 6.5) Tabla N°5.14 Resultados estadísticos CONZ Para coordenadas Geocéntricas.

CONZ RTKPOST Promedio 1σ Desviación 2σ estándar 3σ Rango

X 1492004.570 0.009 0.017 0.026 0.025

Y

Z 4887911.370 3803640.310 0.017 0.007 0.034 0.014 0.050 0.021 0.053 0.021


104

Tabla N°5.15 Diferencia CONZ RTKPOST – Coordenada Geocom

CONZ X Y Z CONZ SIRGAS 1773 1492004.550 -4887911.280 -3803640.260 CONZ RTKPLOT 1492004.570 -4887911.370 -3803640.310 Diferencia -0.023 0.095 0.053 Distancia entre puntos 0.111 Fuente: Elaboración propia

5.4.2. TALC

Imagen

5.23

RTKPLOT,

Post


proceso estación de referencia


continua TALC



Tabla N°5.16 Resultados estadísticos TALC para coordenadas Geocéntricas.

TALC

X

Promedio Desviación estándar Rango

Y

Z

1639614.480 -4939547.630 -3674757.570 σ

0.006

0.008

0.003

2σ

0.012

0.016

0.005

3σ

0.018

0.024

0.008

0.023

0.030

0.010


105

Tabla N°5.17 Diferencia TALC RTKPOST – Coordenada Geocom

TALC

X

Y

Z

TALC GEOCOM 1639614.500 -4939547.647

-3674757.609

TALC RTKPOST

-3674757.569

Diferencia

1639614.479 -4939547.628 -0.020


-0.019

-0.040 0.049


5.4.3. SNTI

En esta estación se utilizó una cantidad menor de datos ya que se registraron algunos de estos con valores atípicos entre las 07:54 y las 10:01, obligando a descartarlos de los cálculos posteriores. Además entre las horas 07:00 y 07:54 y entre las 10:01 y las 15:00 horas se ausentaron resultados, por lo que finalmente se utilizaron 1920 datos, excluyendo 8 horas de medición exactamente, 47 datos atípicos, es decir, un 2.4% de la medición y el resto sin observación.

Imagen

5.25

RTKPLOT,

Post




continua SNTI



106

Tabla N°5.18 Resultados estadísticos SNTI para coordenadas Geocéntricas.

SNTI

X

Promedio

Y

Z

1767650.740 -5026233.860

σ Desviación 2σ estándar 3σ Rango

-3495500.030

0.005

0.013

0.004

0.010

0.026

0.009

0.015

0.039

0.013

0.022

0.041

0.016

Fuente: Elaboración propia Tabla N°5.19 Diferencia SNTI RTKPOST – Coordenada Geocom

SNTI

X

Y

Z

TALC GEOCOM

1767650.730 -5026233.780

TALC RTKPOST

1767650.740

-5026233.860

0.010

-0.080

Diferencia


-3495500.010 -3495500.030 -0.020

0.082


5.4.4. EILA

Al igual que la estación SNTI también se registraron datos atípicos en EILA, estos fueron entre las horas 09:00 y 13:00, no considerándolos en los cálculos, utilizando finalmente 2400 observaciones. Se excluyeron 480 datos, que significaron un 16.7% del total.

Imagen

5.27

RTKPLOT,

Post




continua SNTI



107

Tabla N°5.20 Resultados estadísticos EILA para coordenadas Geocéntricas.

EILA

X

Promedio

Y

Z

1781658.100 -5060758.290

σ Desviación 2σ estándar 3σ Rango

-3438939.920

0.005

0.014

0.005

0.011

0.028

0.009

0.016

0.042

0.014

0.017

0.044

0.014


Tabla N°5.21 Diferencia EILA RTKPOST – Coordenada Geocom

EILA

X

Y

Z

TALC GEOCOM 1781658.090 -5060758.210 TALC RTKPOST Diferencia

1781658.100

-5060758.290

0.020

-0.080


-3438939.890 -3438939.920 -0.030

0.093


5.4.5. CSNO

Imagen

5.29

RTKPLOT,

Post




continua SNTI



108

Tabla N°5.22 Resultados estadísticos CSNO para coordenadas Geocéntricas.

CSNO

X

Promedio Desviación Estándar

Y

Z

2122120.780 -5504134.050 -2423165.870 σ

0.004

0.012

0.002

2σ

0.008

0.023

0.003

2σ

0.012

0.035

0.005

0.017

0.043

0.007

Rango


Tabla N°5.23 Diferencia CSNO RTKPOST – Coordenada Geocom

CSNO

X

Y

Z

CSNO GEOCOM

2122120.780 -5504134.050 -2423165.870

CSNO RTKPOST

2122120.777 -5504133.980 -2423165.860

Diferencia

0.000


0.080

0.010 0.075


109

CAPITULO VI

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para realizar el análisis de los resultados obtenidos en esta investigación se optó por separarlo en 4 partes, las cuales se examinaron por separado dando paso a la construcción de las conclusiones pertinentes acerca del software RTKLIB y sus aplicaciones en el área del posicionamiento PPP.

6.1.

PRUEBA CON ESTACIONES DE REFERENCIA CONTINUA DE EMPRESA GEOCOM

El objetivo de esta prueba consistió en obtener la posición de las estaciones de referencia continua proporcionadas por la empresa Geocom. Utilizando como punto de referencia (de comparación) las coordenadas obtenidas por el procesamiento RTX de cada una de las estaciones.

Luego de obtener los resultados estos fueron comparados con las coordenadas de la red GNSS de Geocom, la cual se encuentra ajustada y cuyos resultados pertenecen al ITRF08 con época 2013.98. En cambio los resultados obtenidos por RTKLIB son en ITRF08 en época actual, es decir 2014.0, sin embargo, las diferencias entre estos marcos instantáneos es negligible.

Los resultados fueron obtenidos como ya se mencionó en coordenadas geocéntricas y topocéntricas, la razón de esto es que estas últimas reflejan de manera más práctica el comportamiento que va describiendo la antena analizada a lo largo de la medición con respecto a un punto inicial (topocentro). El topocentro actúa como origen, dando como resultado una curva en torno al cero en cada componente, sin embargo, no significa que los resultados obtenidos sean incorrectos al encontrarse desplazados de éste, ya que las 110

coordenadas escogidas como iniciales pueden no ser exactas, creando un cero “falso”. En cuanto a las coordenadas geocéntricas son utilizadas para realizar comparaciones en un marco de referencia dado, siento útiles para analizar la exactitud del posicionamiento. Por lo tanto, en esta prueba se utilizaron las coordenadas topocéntricas con el fin de estudiar el comportamiento del posicionamiento en un ámbito localizado a medida que transcurrió el tiempo, siendo la dispersión y los tiempos de convergencia que experimentó el receptor variables importantes en ello, no así la exactitud que este pudiera lograr. Por otro lado, esta exactitud sí fue analizada con las coordenadas geocéntricas, sin embargo, la dispersión para este tipo de coordenadas también es un valor a considerar, ya que indica el grado de precisión con el que se trabaja. Estas coordenadas entonces (geocéntricas) fueron comparadas con las coordenadas de la red GNSS de Geocom, las cuales son representativas al ser calculadas con método GNSS diferencial, método de mayor precisión disponible, para así estimar la exactitud del posicionamiento. Se decide utilizar el método PPP estático ya que el fin perseguido en esta ocasión fue encontrar la posición de las estaciones estudiadas, como estas permanecieron quietas sobre la superficie (obviando movimientos relativos) el método estático se consideró adecuado.

En el plano más cuantitativo, los tiempos de convergencia se obtuvieron en general alrededor de las cuatro horas calculando a partir de aquí los promedios y desviaciones estándar, ya que la solución logra un cierto equilibrio existiendo menor cantidad de ruido en esta. Sin embargo, se registraron datos atípicos en algunas de las estaciones examinadas (EILA con 20 datos representando un 0.021% del total y CSNO con 120 datos equivalentes a un 0.126% de la observación), los cuales fueron descartados ya que se escapaban totalmente de la tendencia presentada en ese momento. Las estaciones presentaron una dispersión con respecto a coordenadas topocéntricas de alrededor de ±1.7cm 111

en el norte, ±0.8cm en el este y alrededor de ±8.7cm en la componente up (utilizando una certeza de 95%) la cual generalmente presenta peor precisión debido a la geometría de la constelación GNSS, debido a que en el plano horizontal los satélites presentan observaciones con azimutes iguales pero con sentido contrario, lo que hace que los errores sistemáticos se compensen en gran medida, sin embargo, las observaciones en el plano vertical solo presentan azimutes en un sentido evitando la eliminación de estos errores sistemáticos.

Por otro lado, la exactitud con respecto a las coordenadas de la red GNSS de Geocom estuvo alrededor de los 5 cm en todas las estaciones (analizando la diferencia 3D de las coordenadas), solo escapándose de esta tendencia la estación EILA que presenta una exactitud 3D de 16cm. En cuanto a las precisiones obtenidas en las coordenadas geocéntricas, estas fueron, como se aprecia en los resultados homogéneos, logrando ±2cm en el eje X, ±6cm en el eje Y y ±4cm en el eje Z (utilizando una certeza de 95%). En este caso como se puede apreciar el eje Z no cumple con lo indicado en la dispersión de las coordenadas topocéntricas, debido a que el eje Z no es precisamente la altura (lo sería solo al estar midiendo en el polo) por lo que la dispersión se distribuye de distinta forma. Esto deja en evidencia la diferencia existente en el análisis de cada sistema, ya que el topocéntrico es utilizado para estudiar el comportamiento local, es decir monitoreo de puntos específicos, a diferencia del geocéntrico utilizado más para fines comparativos (como el posicionamiento de un punto) en un marco de referencia dado.

6.2.

PPP EN TIEMPO REAL PARA ESTACIÓN DE REFERENCIA “CONZ” POR MEDIO DE RTKNAVI

Esta prueba fue realizada con la finalidad de analizar las diferencias en las soluciones para la estación CONZ utilizando observaciones GPS y GPS más 112

GLONASS, se suponía que los tiempos de convergencia serían menores al tener un mayor número de satélites. Sin embargo, al poner en marcha la medición que toma en cuenta observaciones GLONASS, esta no inició (como se indicó en el desarrollo y resultados de este trabajo), lamentablemente las razones son desconocidas hasta por el propio autor del software, donde en uno de los correos electrónicos lo indicó. Por otra parte, la convergencia de la estación CONZ

fue obtenida alrededor de las 4 horas de medición y se

obtuvieron precisiones de ±2cm aproximadamente en el norte y este y ±6.5cm en la componente up, continuando con la tendencia de la prueba anterior.

La medición perdió el flujo de datos en ciertos momentos, como se puede apreciar en el gráfico, sin embargo, el software no perdió la convergencia, continuando con la medición de manera normal.

6.3.

PPP EN TIEMPO REAL EN MODO ESTATICO Y CINEMÁTICO POR MEDIO

DE

RTKNAVI

CON

MOVIMIENTOS

INDUCIDOS

EN

ESTACIÓN DGF2

La idea de observar una estación en tiempo real con RTKNAVI e inducirle movimientos surgió para comparar los métodos estático y cinemático, además, de analizar el comportamiento del software frente al movimiento del receptor estudiado, es decir, si RTKLIB es capaz de captar y plasmar los movimientos de una forma precisa. Para esto se hizo la prueba con la estación de referencia continua ubicada en la Universidad de Chile, donde luego que la solución convergiera, se movió la estación una serie de veces por cada componente, como se puede apreciar en el gráfico expuesto.

La observación se realizó puramente con coordenadas topocéntricas ya que en esta ocasión conseguir el posicionamiento de la estación observada no 113

fue de interés, sino que el monitoreo de ésta, o bien el movimiento relativo de la estación con respecto a un punto de referencia (topocentro), siendo las coordenadas topocéntricas las más adecuadas para el caso. Es por lo descrito recién que se debió esperar que la solución convergiera de buena forma, para que la solución represente de mejor forma la realidad, garantizando precisión en los resultados.

Como se puede observar en el gráfico, la medición con método estático comenzó primero. Esta demoró menos en converger y permaneció más estable en el desarrollo de la observación en contraste con la medición con método cinemático. En un momento de la medición se observan algunos cortes en el flujo de datos al igual que en la prueba anterior, esto puede ser originado por problemas en la conexión a internet o problemas directamente relacionados con la antena (algún obstáculo entre la antena y el satélite), sin embargo, para la medición en método estático esto no influyó, no así para la que utilizó método cinemático, la cual tuvo que volver a converger, dejando en evidencia su menor estabilidad en comparación con el método estático. El primer movimiento (en dirección este – oeste), recorrió una distancia de aproximadamente 1.5m, se mantuvo en la segunda posición y volvió al origen, siendo correctamente reflejado por el método cinemático, a diferencia del método estático el cual suavizó los resultados. Luego de realizar los demás movimientos en las otras componentes,

tres

movimientos

en

dirección

norte

–

sur

(de

3m

aproximadamente), dos en dirección vertical (de 1.5m aproximadamente), para finalizar en el último movimiento en dirección Norte – Sur (de más de 3m), se demostró que el método estático no logra representar los movimientos experimentados por el receptor, donde representa los puntos críticos con valores erróneos, uniéndolos entre sí en una recta, mientras que el método cinemático entrega el movimiento tal como este fue realizado.

114

En cuanto a las velocidades del movimiento, dato también entregado por el software RTKLIB ocurrió exactamente lo mismo, siendo el método cinemático quien arrojó valores aceptables a diferencia del método estático.

Por lo tanto, el método cinemático es utilizable para labores de monitoreo a diferencia del estático, el cual funciona de mejor manera para encontrar posiciones precisas de puntos sobre la superficie terrestre.

6.4.

PPP

POST

PROCESO

DE

ESTACIONES

DE

REFERENCIA

CONTINUA DE GEOCOM Y CONZ CON APLICACIÓN RTKPOST

Esta prueba fue realizada para analizar los resultados del posicionamiento PPP en post – proceso en RTKLIB, a diferencia de las pruebas anteriores, para esto se requirió una serie de archivos necesarios para obtener soluciones óptimas, estos fueron descargados de una aplicación del software estudiado. Solamente se procesó con el método estático ya que se buscó conocer la posición de las estaciones de referencia involucradas, las cuales se mantuvieron fijas en su lugar, por otro lado, los resultados figuraron tanto en coordenadas topocéntricas como en coordenadas geocéntricas, la primera para analizar el tiempo de convergencia (gráficamente) ya que esta refleja de mejor manera el desarrollo del posicionamiento en el tiempo, al estar referido a un punto local de referencia, describiendo una curva entorno a él en las distintas componentes. Las coordenadas geocéntricas se ocuparon para conocer las exactitudes de las soluciones con respecto a las coordenadas de la red GNSS de la empresa Geocom y a las coordenadas semanales de la red SIRGAS – CON (en el caso de la estación CONZ).

Los tiempos de convergencia fueron para todas las estaciones estimados a las 6.5 horas, momento desde el que se realizaron los cálculos, obteniendo 115

precisiones en el eje X alrededor de ±1.2cm, Eje Y ±2.5cm y en el eje Z de ±0.8cm (precisiones al 95%) logrando mejores resultados en el eje Z que en los demás ejes, por lo expuesto en la prueba número uno.

La exactitud del posicionamiento con respecto a las coordenadas que se utilizaron como referencia fue variado, sin embargo solo CONZ sobrepasó los 10 cm en cuanto a la distancia 3D, los demás se encontraron alrededor de los 7cm. Para cada eje por separado, igualmente los resultados fueron variados, obteniendo alrededor de 2 cm de diferencia en el eje X (a excepción de la estación CSNO la cual logró 1mm de diferencia con respecto a la red de referencia), en cuanto al eje Y la tendencia fue de 8 cm (sin contar a TALC la cual tuvo 1.9cm) y en el eje Z los resultaron estuvieron en torno a los 3cm de diferencia, no obstante estos resultados se encuentran dentro de las tolerancias contempladas para un posicionamiento PPP. Si se comparan las precisiones obtenidas con las estaciones de Geocom y las precisiones logradas por RTX para las mismas estaciones, estás se diferencian en algunos milímetros, donde el método RTX demuestra tener mayor precisión, siendo los ejes Y de cada método los más distintos.

116

CAPITULO VII CONCLUSIONES El posicionamiento por punto preciso (PPP) mejora cada día debido a la constante evolución tecnológica, alcanzando precisiones aptas para ciertos trabajos de ingeniería dando además importantes ventajas de medición, como lo es el hecho de que éste método al ser de carácter absoluto, no necesite una estación base para alcanzar sus objetivos, pudiendo aventajarse sobre el método diferencial en distintas prácticas. Un ejemplo de esto es el monitoreo de puntos sobre la superficie terrestre, lo cual, particularmente en países angostos como Chile, resulta inestable y se genera una dificultad realizar estas labores con métodos diferenciales, ya que las redes que deben sustentar esto se encuentran en orden lineal, donde al presentarse problemas, en un caso eventual, en alguna estación de ésta, los resultados no serían óptimos al perder el sustento, generando líneas base demasiado largas, disminuyendo la precisión, por otro lado se dota de independencia a la antena receptora encargada del posicionamiento PPP, pudiendo ubicarse el usuario en cualquier lugar del globo terráqueo, ligándose automáticamente al marco de referencia ITRF 08 con época.

Con el ya nombrado desarrollo tecnológico, se dispone hoy en día la posibilidad de realizar este método de posicionamiento en tiempo real obteniendo resultados época tras época, resultando trascendental para ciertos tipos de posicionamiento y utilizando mensajes RTCM – SSR las soluciones adoptan una precisión de mayor calidad, por las correcciones que estos llevan a cabo. En el presente trabajo el software utilizado “RTKLIB” es capaz de realizar el mencionado posicionamiento PPP, tanto en tiempo real como en post

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proceso y al ser de carácter libre, garantiza estas ventajas en todo tipo de sectores, acercando y difundiendo las técnicas geodésicas a la población.

Las pruebas realizadas dejan en evidencia el correcto operar del software en cuestión, aunque superado por otros pagados, las soluciones son aceptables en un ambiente de necesidades estándar.

Los resultados obtenidos fueron producto de ciertas consideraciones, según el trabajo a realizar, una de estas fueron los métodos de PPP utilizados, estático o cinemático, siendo el primero recomendable para labores de posicionamiento de estaciones fijas sobre la superficie terrestre ya que suaviza los resultados tratando de representarlos con mayor exactitud, mientras que el método cinemático si bien posee mayor ruido, este refleja correctamente la realidad de una antena en movimiento. El sistema de coordenadas además es otro factor a tener en cuenta por el mismo motivo, ya que son las coordenadas topocéntricas las que pueden plasmar de una forma más precisa los trabajos locales, tales como el monitoreo de puntos sobre la superficie o análisis de antenas en movimiento, ya que es un sistema el cual está referido a una realidad local, dotando de alturas y direcciones ad hoc al terreno estudiado. No obstante, el sistema geocéntrico también utilizado en esta ocasión demostró ser de más utilidad para fines comparativos, es decir, posicionamiento exacto en un marco de referencia dado, donde el sistema local no puede formar parte por su carácter relativo. Otra diferencia presente entre estos dos sistemas tratados fueron las alturas y ejes que representan el espacio, si bien, las alturas generalmente entregan precisiones menores a las demás componentes (alrededor del doble de error) por la razón de la geometría del sistema satelital explicado en una de las experiencias, en las coordenadas geocéntricas esto no era aplicado, sin embargo, el eje Z de dicho sistema no representa alturas, siendo sólo un eje utilizado para ubicar puntos tridimensionales, para que este 118

sea una altura, es necesario ubicarse en uno de los polos, afirmando lo dicho anteriormente acerca del análisis del comportamiento local de un sector, este sistema no es adecuado, pero sí el topocéntrico, donde el eje “Z” toma la dirección de la vertical. Finalmente, éste último, al estar referido a un punto local presenta soluciones en torno al cero, es decir, en torno al origen indicado (topocentro) sin embargo, que estas soluciones se alejen de este, no demuestra que éstas sean erróneas, ya que el origen puede no ser exacto.

Como se comentó, el software RTKLIB está preparado para realizar posicionamientos competentes con el mercado, sin embargo presenta falencias a considerar, como el tiempo de recepción de datos, donde en ocasiones el flujo de datos se pierde, terminando con la medición, esto fue generalmente alrededor de las 16 horas (el caso de las pruebas aquí estudiadas fueron excepciones donde se consiguió un mayor tiempo de observación) y como la utilización de GLONASS, sistema el cual es inutilizable en RTKLIB.

Por lo tanto es el PPP uno de los métodos de posicionamiento de más ventajas existentes hoy en día, llegando cada vez más lejos, en cuanto a precisiones se trata, desarrollándose métodos de soluciones casi instantáneas cuyos resultados son de ricas características. Teniendo en cuenta el ya tan comentado y vertiginoso desarrollo tecnológico, ¿sólo queda esperar por lo tanto la perfección de estas mediciones? O bien ¿hacerse parte de este constante avanzar, posicionando metas y orientando sueños sobre un espacio cada vez más certero?

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Procesamiento Ppp de Observaciones Gnss Utilizando Software Libre Rtklib

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