PROYECTO
AEROFOTOGRAMETRIA USO DEL GPS
TOPOGRAFIA II CIV 2214 “A” DOC.: ING. FERNANDEZ GUTIERREZ LINA CARLA UNIV.: QUISPE CHOQUE ORLANDO
ORURO - BOLIVIA
La medición de terrenos es una situación muy delicada y comprometedora para el profesional que se dedica a este campo. En la actualidad, el uso del GPS está de moda para posicionar puntos sobre la superficie terrestre. Este artículo aporta en breve las características generales de estos equipos de localización aplicados a la medición de predios de una forma simplificada. En primer término se analizan los conceptos básicos que son la base primordial del funcionamiento de un equipo de posicionamiento geográfico. Asimismo, se plasman los elementos geométricos fundamentales y elementos geográficos para el posicionamiento de puntos sobre la corteza terrestre. En segundo término se muestra un ejemplo de la medición de un predio rústico y la comparación con resultados obtenidos por medio de métodos convencionales de medición. En tercer término y último se aportan una serie de recomendaciones indispensables para llevar a cabo mediciones de terrenos con la tecnología GPS, de manera práctica y sencilla, considerando la medición de predios de una forma simplificada sin caer en problemas de ajustes a las mediciones y enrolarse con las teorías de análisis de errores y mínimos cuadrados o en la compensación de los mismos. La aplicación de posicionar puntos geográficamente de una forma común u ordinaria con equipo GPS (navegador sencillo), está sujeta a consideraciones de importancia para efectuar los trabajos topográficos y garantizar su confiabilidad. De otra manera, mientras no se cuente con equipos más sofisticados, alta precisión y con software especializado para el procesamiento de la información, esta tecnología deberá verse como un hobbie para trabajos simples de exploración. Palabras clave: Métodos de medición, equipo GPS, software, NAVSTAR, coordenadas geográficas, coordenadas UTM, AutoCAD, plano topográfico.
El GPS es un sistema de posicionamiento por satélites uniformemente espaciados alrededor de su órbita y que nos proporcionan información de puntos que están situados en la superficie terrestre, este proceso se lleva a cabo mediante la transmisión-recepción de señales electromagnéticas. Este sistema está diseñado para funcionar con 24 satélites, distribuidos en seis orbitas, con cuatro satélites en cada una; los cuales se encuentran a una altura de 20,000 km, (INEGI, 1994). Las señales recibidas pueden ser usadas para determinar la posición absoluta del equipo receptor o su posición relativa con respecto a otros equipos receptores ubicados en otros puntos de posición conocida. Para efectuar una medición o posicionamiento pueden usarse los siguientes métodos: • Estático.- Consiste en utilizar dos o más receptores, ubicándolos en puntos de coordenadas
desconocidas tomándose lecturas por lo menos una hora, teniendo cuatro satélites como mínimo y un PDOP menor o igual a 5. • Estático rápido.- Este método es muy similar al método estático en su aplicación, teniendo la ventaja de
que el tiempo de medición es mucho menor y la precisión disminuye relativamente poco. Una condición es que solo se puede realizar mediante la utilización de equipos GPS de dos bandas con código “P” ó “Z”,
el tiempo de medición depende del tamaño de la línea por medir, así se tiene que en las líneas menores de 5 Km se posicionará durante 10 minutos y por cada kilómetro adicional se posiciona 2 minutos más. Cada uno de los satélites de la constelación NAVSTAR transmite dos señales de radio, L1 con una frecuencia de 1.575,43 MHz y L2 1.227,6 MHz. La señal L1 se modula con dos códigos de ruido pseudoaleatorios (Pseudo Random Noise, PRN), denominados Servicio de Posicionamiento Preciso (PPS) o código P o protegido, el cual puede ser encriptado para uso militar y el código de adquisición grueso (C/A Coarse/Adquisition) conocido como Servicio Estándar de Posicionamiento (SPS). La señal L2 se modula solamente con el código P. La mayoría de los receptores de uso civil usan el código C/A para obtener la información del sistema G.P.S.
Este método es el más rápido en los levantamientos con equipos de posicionamiento global GPS pero requiere una mejor calidad en cuanto a la colecta de la información por lo que se requiere que el operador del equipo sea extremadamente cuidadoso al realizar el levantamiento para evitar la pérdida de señales de los satélites enganchados. Este método es similar al cinemático en cuanto a la obtención de datos en campo. Las condiciones que se deben cumplir para implementar éste método son: que cada punto deberá ser posicionado en dos ocasiones y que se cuente por lo menos con cuatro satélites comunes durante toda la sesión de posicionamiento. El levantamiento topográfico del predio rústico, se realizó con el método Pseudocinemático, ya que se midió con un equipo GPS garmin-etrex, navegador sencillo portátil, que recibe por lo menos la señal de doce satélites. (Manual de conceptos básicos INEGI, 1994).
Este equipo está integrado por elementos básicos fundamentales que son: Una antena encargada de recibir la señal directa y enviarla al receptor el cual transforma la información en lecturas (coordenadas y distancias). La relación de operación de un sistema de posicionamiento por segmentos es: ESPACIOCONTROL-USUARIO (figura 1).
Figura 1. Sistema de posicionamiento.
Un software o programas de cómputo para el procesamiento de datos, determinar la posición de un punto en un sistema de coordenadas cartesianas (X, Y, Z) o bien, en UTM, las cuales pueden convertirse a coordenadas geodésicas (latitud, longitud, y altura elipsoidal). El software apropiado para el proceso de análisis de datos y su representación gráfica es el programa mapsource. Este software es un programa de referenciación geográfica y es complemento de la adquisición de equipo o unidad GPS. La pantalla principal del programa (figura 2) se muestra de la siguiente forma:
Figura 2. Software mapsource. (garmin-etrex). El equipo portátil GPS, es garmin-etrex, y dos baterías alcalinas tipo AA, de 1.5 volts cada una (según especificaciones del fabricante). La duración de la energía de las baterías es de 22 horas en modo ahorrador de energía, (figura 3).
Figura 3. Navegador GPS (garmin-etrex) y baterías tipo AA.
Trabajos de campo Para llevar acabo levantamientos topográficos comunes con mayor facilidad, es necesaria la utilización de equipos de medición de tecnología más avanzada, tales como los equipos GPS (Sistema de Posicionamiento Global), para ubicar puntos en diferentes posiciones sobre la superficie terrestre. Para lograr un buen trabajo de campo se deberán seguir ciertos lineamientos de la operatividad. Con el empleo del GPS para la localización de puntos no es necesario visar entre puntos adyacentes, pero el sistema no funciona bien si hay obstrucciones que bloquean la recepción de las señales satelitales en el equipo correspondiente. Es necesario contar con vistas no obstruidas de los satélites para ángulos verticales de 15º a 20º por arriba del horizonte (para encontrar las posiciones satisfactorias son útiles las brújulas de bolsillo y los clinómetros). (McCormac et. al., 2004). En levantamientos de terrenos ejidales, se estableció como normatividad que hubiera preferentemente una ventana de de visibilidad sobre el horizonte de 10º para asegurar una buena recepción (figura 7). Las señales de satélite no pueden penetrar agua, suelo, muro u otros obstáculos. Por tanto, no se pueden aplicar en el posicionamiento subterráneo o en la navegación submarina. Incluso pueden existir problemas en ciudades con muchos edificios altos (INEGI, 1994). También es difícil efectuar observaciones GPS en áreas cubiertas con bosques. Es necesario que exista un espacio para que el cielo se vea con claridad. En estos casos puede ser necesario cortar algunos árboles o bien elevar la antena por encima de los mismos, utilizando diversos tipos de torres portátiles de bajo peso que existen en el mercado. Debe recordarse que al utilizar una antena, ésta deberá colocarse directamente pro encima del punto en cuestión con ayuda de una plomada y medir con cuidado la altura de la antena por encima del punto. (Mc Cormac et. al., 2004).
Un ejemplo para la medición de un predio rústico con el sistema GPS, es la medición de la Unidad Académica de Ingeniería Agrohidráulica, localizada en la región nororiental del Estado de Puebla, en la junta auxiliar de San Juan Acateno, perteneciente al municipio de Teziutlán, Puebla (figura 8).
Figura 8. Localidades del municipio de Teziutlán, Puebla. La Unidad Académica se encuentra enmarcada dentro de las coordenadas geográficas: 19º52´ y 19º53´ de Latitud Norte 97º21´ y 97º22´ de Longitud Oeste del Meridiano de Greenwich (INEGI, 2000).
Este tipo de medición puede ser confiable y aceptada si se tienen las precauciones necesarias para su uso. Para tener más certeza en las mediciones con GPS y la elaboración de planos técnicos confiables se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones: • Revisar que no haya obstáculos y se cumplan las condiciones de visibilidad al horizonte. • Usar esta metodología de medición en terrenos planos con poca vegetación. Mu y recomendable para
terrenos de climas áridos y con extensiones mayores a 100 has. • Que se tomen por lo menos tres lecturas de coordenadas durante las mediciones con intervalos de dos
a tres horas para obtener promedios.
• Estar experimentado en el posicionamiento de puntos con esta tecnología. • Revisar el manual del equipo GPS para su uso, preferentemente configurar para datos de coordenadas
rectangulares UTM. • Procurar realizar la medición en días soleados, sin niebla o que este lluvioso. • Llevar siempre consigo baterías de repuesto para el equipo. • Anotar los datos de campo en una libreta de registro, independientemente de que los datos sean
grabados en la memoria del equipo. • Procesar la información con programas diseñados para cálculos topográficos o utilizar un software
convencional. • Dibujar en Autocad, en lo posible las coordenadas obtenidas en UTM, ya que es común el desfase de
puntos y no percatarse de este problema en campo. • Realizar planos con escala adecuada y formato convencional, para apreciar mejor los detalles del
mismo. • Dibujar si es necesario los puntos posicionados en el programa o software que acompaña al equipo. Si
es que se cuenta con este medio, ya que nos permite comparar los resultados obtenidos y nos ubica con exactitud geográficamente
A. ACTIVIDADES A REALIZAR
El
WGS - 84
WGS - 72
PSAD - 56
Nº de waypoint
Zona y banda
Norte
Este
Norte
Este
Norte
Este
1
19K
8010227
697369
8010223
697369
8010589
697578
2
19K
8010163
697387
8010158
697387
8010525
697596
3
19K
8010138
697392
8010134
697392
8010500
697601
4
19K
8010093
697452
8010089
697452
8010455
697661
5
19K
8010132
697471
8010128
697471
8010494
697680
6
19K
8010262
697516
8010258
697515
8010624
697725
7
19K
8010274
697435
8010270
697435
8010636
697644
8
19K
8010288
697411
8010283
697411
8010649
697620
1
19K
8010227
697369
8010223
697369
8010589
697578
es un sistema de coordenadas geográficas mundial que permite localizar cualquier punto de
la Tierra Se estima un error de cálculo menor a 2 cm. WGS-84 no es un elipsoide, es un sistema geodésico o datum. La diferencia entre uno y otro, , WGS84 tiene un origen geocéntrico con una incertidumbre de ±2m y cuenta con información mundial con la cual cubre a todo mundo, en cambio, las demás tiene origen topocéntrico y cubre solo una determinada región, y debido a ello la variación de coordenadas en diferentes sistemas Tabla Nº 2 Nº de punto
COORDENADA NORTE
COORDENADA ESTE
ELEVACIÓN
DESCRIPCIÓN
ZONA UTM
DATUM
1
8010227
697369
3718 m
Caseta
19 K
WGS - 84
2
8010163
697387
3719 m
Esquina aulas Civil
19 K
WGS - 84
3
8010138
697392
3706 m
Baño
19 K
WGS - 84
4
8010093
697452
3707 m
Esquina aulas Civil (2)
19 K
WGS - 84
5
8010132
697471
3715 m
Puerta aulas Civil
19 K
WGS - 84
6
8010262
697516
3708 m
Puerta Coliseo
19 K
WGS - 84
7
8010274
697435
3719 m
Esq. Const. Nueva 2 (Reten policial)
19 K
WGS - 84
8
8010288
697411
3714 m
Esq. Const. Nueva 2 (Reten policial)
19 K
WGS - 84
1
8010227
697369
3718 m
Caseta
19 K
WGS - 84
Tabla Nº 3 Nº de punto
LATITUD SUR
LONGITUD OESTE
ELEVACIÓN
DESCRIPCIÓN
FECHA
DATUM
1
17 59 14.3
67 08 09.7
3718 m
Caseta
19 K
WGS - 84
2
17 59 16.4
67 08 09.0
3719 m
Esquina aulas Civil
19 K
WGS - 84
3
17 59 17.2
67 08 08.8
3706 m
Baño
19 K
WGS - 84
4
17 59 18.6
67 08 06.8
3707 m
Esquina aulas Civil (2)
19 K
WGS - 84
5
17 59 17.4
67 08 06.2
3715 m
Puerta aulas Civil
19 K
WGS - 84
6
17 59 13.1
67 08 04.7
3708 m
Puerta Coliseo
19 K
WGS - 84
7
17 59 12.8
67 08 07.4
3719 m
Esq. Const. Nueva 2 (Reten policial)
19 K
WGS - 84
8
17 59 12.3
67 08 08.2
3714 m
Esq. Const. Nueva 2 (Reten policial)
19 K
WGS - 84
1
17 59 14.3
67 08 09.7
3718 m
Caseta
19 K
WGS - 84
El G.P.S. se divide en tres segmentos: segmento espacial, segmento de control y segmento usuario. contiene los satélites emisores de las señales, conocidos como Constelación NAVSTAR ( NAVigation Satellite Timing And Ranging), que consta de un mínimo de 24 satélites dispuestos en 6 planos orbitales, con 55º de inclinación con respecto al Ecuador. Dispone además de algunos satélites de recambio, por si alguno de los que están en funcionamiento fallasen. Los satélites están a una altura de 20.200 kilómetros, y actúan como un punto de referencia conocido, transmitiendo información utilizando dos frecuencias de referencia L1=1575.42 MHz y L2=1227.60 MHz. Sobre estas frecuencias se modulan 2 códigos, llamados C/A y P. El código C/A, (Clear/Acces o Course/Acquisition), está disponible para todos los usuarios mientras que el código P (Precision-code), se reserva para usos militares. es quien gobierna el sistema, a través de 5 estaciones situadas en Tierra con gran precisión. Estas estaciones son Hawai, Colorado Springs, Isla de Ascensión en el Atlántico Sur, Diego García en el Índico y Kwajalein en el Pacífico Norte. Estas estaciones realizan un seguimiento continuo de los satélites y pueden realizar cambios en la información transmitida por los satélites. lo forman los receptores y la comunidad de usuarios. Los receptores convierten las señales recibidas de los satélites en posición, velocidad y tiempo estimados. Se requieren cuatro satélites para el cálculo de la posición en cuatro dimensiones X, Y, Z y tiempo. Los receptores son utilizados para navegación, posicionamiento, estimaciones temporales y otras investigaciones. La navegación en tres dimensiones es la función principal del GPS. Se construyen receptores GPS para aeroplanos, embarcaciones, vehículos terrestres y equipos portátiles de pequeño tamaño. El posicionamiento preciso es posible usando receptores en posiciones de referencia proporcionando datos de corrección y posicionamiento relativo a receptores remotos. Vigilancia, control geodésico y estudios de las placas tectónicas son ejemplos.
En la actualidad, un consumidor puede encontrar básicamente los siguientes tipos de navegadores:
GPS portátiles. Teléfono móvil o agenda con GPS integrado. GPS integrados en los vehículos. Receptores GPS para usar con otros equipos como móviles.
Existen diferentes fuentes de error que degradan la posición GPS desde algunos metros, en teoría, hasta algunas decenas de metros. Estas fuentes de error son:
Retrasos ionosféricos y atmosféricos Errores en el reloj del Satélite y del receptor Efecto multitrayectoria Dilución de la precisión Disponibilidad selectiva (S/A) Anti Spoofing
Verificación de rutas de vehículos Navegación y orientación de vehículos autónomos no tripulados (UAV)
