UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS
Curso de Actualización
Aurelio Juárez Torres Torres
HUANCAYO – PERU 2014
LA TOPOGRAFIA ES UNA CIENCIA Y ARTE QUE TIENE POR OBJETO HACER MEDICIONES DE DISTANCIAS DIST ANCIAS Y ÁNGULOS ENTRE PUNTOS Y OBJETOS SOBRE LA SUPERFÍCIE SU PERFÍCIE TERRESTRE.
LA TOPOGRAFIA ES UNA CIENCIA Y ARTE QUE TIENE POR OBJETO HACER MEDICIONES DE DISTANCIAS DIST ANCIAS Y ÁNGULOS ENTRE PUNTOS Y OBJETOS SOBRE LA SUPERFÍCIE SU PERFÍCIE TERRESTRE.
MEDICIÓN DE DIST DISTANCIAS ANCIAS Y ÁNGULOS
REPLANTEO
DIVISION DE LA TOPOGRAFIA A) PLANIMETRIA.-
•
Representa gráficamente una porción de la superficie terrestre sin tener en cuenta los desniveles o diferentes alturas que pueda tener el terreno.
B) ALTIMETRIA.Representa gráficamente las diferentes altitudes de los puntos de la superficie terrestre respecto a una superficie de referencia.
C) TOPOGRAFIA INTEGRAL.Representa gráficamente los diferentes puntos sobre la superficie terrestre, indicando su posición planimétrica y altimétrica.
INSTRUMENTOS ANTIGUOS
INSTRUMENTOS CONVENCIONALES
INSTRUMENTOS ELECTRONICOS
NIVELES CONVENCIONALES
NIVELES ELECTRONICOS LASER
ES UN INSTRUMENTO ELECTRÓNICO CONSTITUIDO O CONFORMADO POR: * TEODOLITO * DISTANCIÓMETRO * LIBRETA DE CAMPO * MICROPROCESADOR ESTE INSTRUMENTO COMPENSA Y PROCESA LOS DATOS OBTENIDOS PARA REGISTRARLOS EN UN ARCHIVO DE SU MEMORIA. NO OBSTANTE CABE RECORDAR QUE LA APARICIÓN DE LA ESTACIÓN TOTAL NO CAMBIA LOS PRINCIPIOS Y MÉTODOS DE LA TOPOGRAFÍA.
ES UN INSTRUMENTO TOPOGRÁFICO ELECTRO-ÓPTICO DE LA GAMA MODERNA, CUYO FUNCIONAMIENTO SE APOYA EN LA TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA. LAS EQUIVOCACIONES EN LAS LECTURAS DE ÁNGULOS Y DISTANCIAS SE CONSIDERABLEMENTE. LA VELOCIDAD DE OPERACIÓN SE INCREMENTA. GUARDA LA INFORMACIÓN EN FORMATO ELECTRÓNICO 5000 PUNTOS EN REPLANTEO 3000 PUNTOS EN MEDICIONES DE DISTANCIAS 50 CÓDIGOS - 20 ºC
A
+ 50 ºC
6 KM CON PRISMA 130 M. SIN PRISMA
REDUCEN
LIBRETA ELECTRÓNICA REGISTRA AUTOMÁTICAMENTE LOS VALORES MEDIDOS. ES DE MATRIZ DE PUNTOS DE CRISTAL LIQUIDO DE CUATRO LÍNEAS CON MÁS DE 20 CARACTERES POR LÍNEA. LAS 3 LÍNEAS SUPERIORES MUESTRAN LOS DATOS MEDIDOS Y LA LÍNEA DE ABAJO DESPLIEGA LOS
LA BATERÍA QUE SE UTILIZA ES DE CADMIO (NO UTILIZA AGUA ÁCIDA)
LA RECARGA DE LA BATERÍA DURA APROXIMADAMENTE 1.5 HORAS. SI SE EXCEDE EL TIEMPO DE RECARGA, SE PODRÍA AMINORAR EL TIEMPO DE VIDA DE LA BATERÍA Y MÁS AÚN A ALTAS TEMPERATURAS AMBIENTALES. * VOLTAJE DE SALIDA = 7.2 V. * SOLAMENTE MEDICIONES DE DISTANCIAS : 3.5 HORAS,( 2100 PUNTOS) * SOLAMENTE MEDICIONES DE ÁNGULOS : 12 HORAS * USO NORMAL : 7.5 HORAS. CUANDO SE ALMACENAN LAS BATERÍAS Y SI ESTÁN SIENDO UTILIZADAS POR PERIODOS LARGOS, TENER PRECAUCIÓN DE ALMACENAR A TEMPERATURA
PRISMA
- ES UN INSTRUM INSTRUMENT ENTO O QUE EST ESTA A CONSTITU CONSTITUIDA IDA POR UN CRIST CRISTAL AL DE VAR VARIAS IAS CARAS CARAS PLANAS DONDE LLEGAN LOS RAYOS RAYOS DEL DISTANCIÓMETRO DISTANCIÓMETRO PARA PARA LUEGO REFLEJARSE EN LA MISMA DIRECCIÓN PERO EN SENTIDO CONTRARIO. - ES UNA RESUL RESULTTANTE DE TRUNCA TRUNCAR R UN VÉRTICE VÉRTICE DE UN CUBO Y ESTÁ ESTÁ FORMADO FORMADO POR UNA UNA PIRÁMIDE DE BASE TRIANGULAR EQUILÁTERA EQUILÁTERA Y LADOS TRIANGULARES ISÓSCELES. SON DE VIDRIO MACIZO, Y SU FUNCIONAMIENTO FUNCIONAM IENTO SE BASA EN EL RAY RAYO O LUMINOSO. - EL TAMAÑO TAMAÑO Y NÚMERO NÚMERO DE PRISMAS PRISMAS DEFINE DEFINE LA PRECIS PRECISIÓN IÓN A TOMAR TOMAR ASÍ COMO COMO LA DISTANCIA MÁXIMA A MEDIR. ES DECIR : CON UN PRISMA SE TIENE UNA MEDIDA DE 1500 MTS. (MÍNIMA) (MÍNIMA)
- MI MICR CROP OPRO ROCE CESA SADO DOR: R: FUNCIONES ESPECIALES: EL MICROPROCESADOR LLEVA UN PROGRAMA PARA FUNCIONES ESPECIALES, SIENDO LAS MAS FRECUENTES: MEDICIÓN DE ALTURA REMOTA MEDICIÓN ENTRE DOS PUNTOS MEDICIÓN POR REPLANTEO, ÁREAS, ETC. - SO SOFT FTW WARE TOP TOPOG OGRÁ RÁFI FICO CO:: NOS PERMITE PER MITE REALIZAR LA REPRESENT REPRESENTACIÓN ACIÓN GRÁFICA ES DECIR: - EL MODELADO MODELADO DIGIT DIGITAL DEL TERRENO
GPS SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) Es un sistema de navegación por satélite (GNSS) el cual permite determinar la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave con una precisión de algunos metros.
Determina Determi na pos posicio iciones nes en cua cualqu lquier ier lug lugar ar de la Tierra durante las 24 horas del día.
Es un sistema de posicionamiento por satélites desarrollado por el Departamento de Defensa de los EE.UU.
En la actualidad también se usa con fines civiles para aplicaciones en navegación, posicio pos icionami namient ento o y ori orient entaci ación ón de pun puntos tos en tierra, mar y aire.
No tiene
requerimientos de visual entre las estaciones. Permite realizar mediciones dinámicas (vehículo en movimiento) Cada punto es una medición independiente, por lo tanto no existe arrastre de errores. El GPS puede utilizar prácticamente bajo cualquier condición climática.
• Cada satélite lleva 04 relojes atómicos
de alta precisión. • Cada satélite emite permanentemente dos códigos de datos diferentes, que son transmitidos por medio de señales de radio. • Los códigos son: 1.- Uno de uso exclusivo militar 2.- Otro de uso civil que llega a transmitir dos series de datos conocidos: - Almanaque y Efemérides
-Los Satélites GPS transmiten dos señales de radio de baja potencia,que se designan como L1 y L2. -Los receptores GPS civiles utilizan la señal L1.
-Las señales GPS se propagan en línea de vista, lo que significa que son capaces de atravesar nubes, cristal y plástico pero no son capaces de atravesar objetos sólidos como son edificios y montañas.
-La señal GPS tiene tres diferentes bits de información, un código seudo aleatorio, un dato efeméride y un dato de almanaque.
- El código seudo aleatorio es simplemente un nº de identificación que identifica el satélite GPS que está transmitiendo la información. Se puede ver este nº en la pantalla de satélites de su receptor GPS
- El dato de efeméride es constantemente transmitido por cada satélite GPS, contiene información importante sobre el estatus del satélite GPS, es decir, si todo es correcto allí arriba o no (posición precisa). Además manda el día y la hora. Esta parte
de la señal es esencial para la determinación de la posición GPS.
- El dato de almanaque le dice al receptor GPS donde debería estar el satélite GPS en cada momento a lo largo del día, es decir, Cada satélite GPS transmite el
Para recepcionar la información en tiempo real el receptor realiza una serie de procesos tales como :
•
1 Trilateración.
•
2 Cálculo de la distancia.
•
3 Sincronización.
•
4 Posiciones de los satélites.
•
5 Corrección de errores.
• El sistema está formado por 24 satélites y cinco estaciones terrestres, además del receptor
del usuario. Una vez que los receptores reciben esta señal, calculan la posición. • Para determinar la posición de
un receptor GPS es utilizada la técnica de la trilateración a partir de la referencia proporcionada por los satélites en el espacio. Para ello, el GPS necesita un sistema muy preciso para medir el tiempo.
• Por principio elemental de
física, la distancia resulta multiplicando la velocidad por el tiempo. La velocidad de la luz es 300.000 Km/s.
• El tiempo es tan pequeña,
llegando a milisegundos (0,067 milisegundos).
• Entonces:
300.000 Km/s. x 0,07 s = 21.000 Km.)
Midiendo la distancia desde un satélite
Diferencia de tiempo
• La precisión y la exactitud en la medida de
la distancia a los satélites son cruciales para el perfecto funcionamiento del GPS. • Una milésima de segundo a la velocidad de
la luz puede suponer un error de 300 km. • Cada uno de los satélites dispone de un reloj atómico de alta precisón, pero no así
los GPS de los usuarios.
4. POSICIÓN DE LOS SATÉLITES • En el espacio no hay atmósfera,
podemos introducir satélites en orbitas invariables que seguirán modelos matemáticos. • De este modo, siempre podemos conocer la posición de cada uno de los satélites • Los receptores GPS disponen de unos almanaques programados que indican en que lugar se encuentran los satélites. • Las estaciones de tierra comprueban constantemente su posición y velocidad exacta empleando radares muy precisos.
• Hasta ahora hemos considerado que las
señales viajan en el vacío y sin ningún obstáculo. • Sin embargo, nuestro planeta está rodeado por la atmósfera, que afecta considerablemente señales.
la
recepción
de
las
• También cuando llegan a la tierra la señal
puede rebotar varias veces. • Los relojes atómicos que utilizan son muy precisos pero no son perfectos. • El departamento de Defensa degrada intencionalmente su exactitud para el GPS.(Disponibilidad Selectiva). • Con el GPS diferencial reduce significativamente estos problemas.
GPS DIFERENCIAL (DGPS) Los usuarios de GPS pueden obtener una mejora sustancial en la precisión con los GPS diferencial (DGPS), que corrige la señal GPS hasta una precisión de entre 3 y 5 metros. Este sistema consiste en una red de torres receptoras en tierra de señales GPS, que la corrigen y retransmiten al receptor GPS. Para recibir estas señales corregidas, el usuario deberá tener un receptor y antena diferencial GPS, además de su receptor GPS.
Cuando el receptor detecta el primer satélite se genera una esfera virtual o imaginaria, cuyo centro es el propio satélite. El radio de la esfera, es decir, la distancia que existe desde su centro hasta la superficie, será la misma que separa al satélite del receptor. Éste último asume entonces que se encuentra situado en un punto cualquiera de la superficie de la esfera, que aún no puede precisar.
Al calcular la distancia hasta un segundo satélite, se genera otra esfera virtual. La esfera anteriormente creada se superpone a esta otra y se crea un anillo imaginario que pasa por los dos puntos donde se interceptan ambas esferas. En ese instante ya el receptor reconoce que sólo se puede encontrar situado en uno de ellos.
Un plano
El receptor calcula la distancia a un tercer satélite y se genera una tercera esfera virtual. Esa esfera se corta con un extremo del anillo anteriormente creado en un punto en el espacio y con el otro extremo en la superficie de la Tierra. El receptor discrimina como ubicación el punto situado en el espacio utilizando sus recursos matemáticos
de posicionamiento y toma como posición correcta el punto situado en la Tierra.
Dos puntos
Aunque conocer nuestra posición pueda parecer algo trivial, cada vez más se está convirtiendo en un aspecto casi imprescindible en muchos campos, ya sean profesionales o lúdicos (juegos). A grandes rasgos, podemos dividir los campos de aplicación en cinco. A.- Posicionamiento B.- Navegación C.- Seguimiento D.- Topográfico. E.- Sincronización.
: • La aplicación más obvia del
GPS es la de determinar una • El GPS es el primer sistema
que permite determinar con un error mínimo nuestra posición en cualquier lugar del planeta y bajo cualquier circunstancia.
Dado que podemos calcular posiciones en cualquier momento y de manera repetida, conocidos dos puntos podemos determinar un recorrido o, a partir de dos puntos conocidos, determinar la mejor ruta entre ellos dos.
Mediante la adaptación del GPS a sistemas de comunicación: - vehículo - persona
Se puede comunicar su posición a una central de seguimiento.
• Gracias a la precisión del sistema, los topógrafos cuentan con una herramienta muy útil para la determinación de puntos de referencia, accidentes geográficos o infraestructuras, entre otros, lo que permite disponer de información topográfica precisa, fácilmente actualizable.
1.- NAVEGACION EN TIEMPO REAL 2.- POSICIONADORES 2.1.- ESTÁTICO (post proceso) 2.2.- CINEMÁTICO 2.2.1. CINEMATICO CONTINUO 2.2.2. CINEMATICO ( stop & go )
•
Para trabajos topográficos de poca precisión, personas que viajan, en deporte de aventura; un ordenador portátil a bordo es de mucha importancia. El sistema de navegación del GPS es en tiempo real (moving map)
Los equipos diseñados para navegar en tiempo real (moving map), tienen una precisión de acuerdo a CODIGO C/A, +/- 1-5 m de
: •
• El
levantamiento topográfico, estático es la técnica de levantamiento topográfico GPS más precisa, y también es la más lenta como todas las mediciones GPS, el levantamiento topográfico estático requiere el uso de dos unidades, en cada extremo de la línea de base, el levantamiento topográfico estático registran por un período de tiempo prolongado, generalmente de 45 a 60 minutos a más.
•
• El levantamiento cinemático puede ser:
- CONTINUO.- Programado para capturar información en movimiento cada cierto tiempo. - STOP&GO.- (detenerse y avanzar) es dirigida con ocupaciones particularmente cortas. La cantidad de datos colectados en cada punto dado, depende de los requerimientos de levantamiento y de las condiciones del campo, aunque la cantidad mínima absoluta de datos requeridos es sólo dos épocas. Es decir, si los datos se colectan cada 5 segundos
1
COMPONENTE ESPACIAL
Información en ambas direcciones para seguimiento y manutención del sistema.
Información en una sola dirección
3
COMPONENTE
2
COMPONENTE DE CONTROL
• Sistema completo:
24 Satélites
NAVSTAR. • 6 Planos orbitales o equidistantes con inclinación de 60 grados. • Cuatro satélites en cada plano u orbita, separados 90º entre si. • Cada satélite da dos vueltas diarias al planeta una cada 12 horas • Los satélites forman una especie de red alrededor de la tierra, que para eso están controlados o calculados sus trayectorias y velocidades de cada uno.
•Los satélites se encuentran en órbitas situadas a 12, 000 millas náuticas
(20.200 km, aproximadamente) de los 24 en funcionamiento, 21 se encuentran en servicio, mientras que los otros 3 están de reserva. • Cada uno de estos satélites emite de
manera continua una señal indicando su posición y la hora de sus relojes atómicos.
El segm ento de con trol continu amente m on ito rea a cad a saté lite analizan do las señ ales emitidas, actualiza los dato s, sin cro niza los relojes y pro cesa la info rm ación. Las estacio nes so n: - Haw ai - Isla de Asc ens ión. - Dieg o Gar c ía. - At ol ón de Kw ajalein -Colorado Springs . El c on tro l a la c on stelac ión de Saté lites (NAV STAR ) s e real iz a d es d e ti er ra , a tra v é s d e es tas c in co es tac io n es en las efem é ri d es y relo j de cad a saté lit e para po st erio rm ent e env iar a lo s GPS par a su nav egac ión.
• El segmento de usuario lo forman los
receptores(GPS) y la comunidad de usuarios para conocer y medir alguna ubicación sobre la tierra • Los receptores GPS están diseñados para recibir y procesar señales de los satélites GPS, pero estos equipos tienen relojes de menor precisión que los satélites. • Sus funciones principales son las siguientes: - Sintonizar las señales emitidas por los satélites. - Decodificar el mensaje de navegación - Medir el retardo de la señal (desde el transmisor hasta el receptor) a partir de los cuales calculan la posición. - Presentar la información de la posición en la que se encuentra (en 2D ó en 3D)
LATITUD • A partir del Ecuador se extienden, hacia el norte y el sur, las denominadas líneas de latitud. El diámetro de los círculos que forman esas líneas se van acortando a medida que se acercan a los polos hasta llegar a convertirse solamente en un punto en ambos polos. • Se divide en 360 grados , por lo cual pueden atravesarlo 360 líneas de longitud o meridianos . • Es el arco de meridiano del lugar contado
desde el ecuador hasta el paralelo del lugar. Se mide a partir del ecuador y puede ser Norte o Sur, y nunca tendrá un valor superior a 90º
LONGITUD • Estos meridianos se extienden desde el polo
norte hasta el polo sur de forma paralela al eje de rotación de la Tierra. Como origen se designó el meridiano que pasa por el Real Observatorio Astronómico de Greenwich, cerca de la ciudad de Londres, se conoce por el nombre de meridiano de Greenwich a partir del cual se rigen los husos horarios que determinan la hora en todos los puntos de la Tierra.
• Es el arco de ecuador contado desde el
meridiano de Greenwich hasta el meridiano del lugar. Sus valores van de 0º a 180º y pueden ser de Este u Oeste del primer meridiano.
ELIPSOIDE Superficie generada por la rotación de una elipse alrededor de su semieje menor.
LEYENDA
Este elipsoide se define matemáticamente en función de los siguientes parámetros: - radio Mayor ( a ) y radio Menor ( b ) del elipsoide - aplastamiento del elipsoide (1/f = 1-(b/a))
GEOIDE Se define al “Geoide” como a la superficie teórica de la Tierra que une todos los puntos que tienen igual gravedad.
Elipsoide comparado con el Geoide La desigual distribución de la gravedad superficial, y del local de las perturbaciones, causa que existan zonas de la tierra por encima del geoide y por debajo de este: Estas diferencias gravitatorias son causadas por la composición terrestre y la presencia de una gran masa de agua en los océanos, que causa una menor atracción, y hace que, por lo general, el geoide quede por encima del elipsoide en la zona continental y por debajo en la zona oceánica:
• Es un modelo matemático que
intenta representar la forma de la tierra, normalmente a un elipsoide. • La tangencia del geoide y del
elipsoide que ha sido definido con orientación y posición así como en tamaño y forma, es el punto llamado Datum geodésico, que frecuentemente se lo designa como punto de partida.
CADA DATUM ESTA COMPUESTO POR: a) un elipsoide, definido por a-b, aplastamiento. b) un punto llamado "Fundamental" en el que el elipsoide y la tierra son tangentes. Este punto “Fundamental” se le define por sus coordenadas geográficas longitud y latitud, además del acimut de una dirección con origen en el punto “fundamental”.
MARCOS GEODESICOS DE REFERENCIA
COORDENADAS UTM • • • •
•
•
1. PSAD – 56 “PROVISINAL SOUTH AMERICAN DATUM” DEL AÑO 1956. DATUM HORIZONTAL * LA CANOA – VENEZUELA 2. ITRF – “MARCO DE REFERENCIA TERRESTRE INTERNACIONAL” – 1988 ITRF96 – ESTA DEFINIDA POR 508 ESTACIONES DISPERSAS EN 290 LUGARES, LEVANTAMIENTOS DE GRAN PRESICION. 3. WGS-84 – WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 “SISTEMA GEODESICO MUNDIAL” DEL AÑO 1984. DETERMIDO POR DoD. LEVANTAMIENTO SATELITAL EN TIEMPO REAL. 4. SIRGAS - “SISTEMA DE REFERENCIA GOECENTRICO PARA LAS AMERICAS EN 1995. DE LA RED GODESICA PARA SUDAMERICA SE COLOCARON 4 PUNTOS DE ORDEN 00: AREQUIPA ESTACION DE CHARACATO. EN LIMA TECHO DEL IGN. EN IQUITOS BASE NAVAL . PIURA AZOTEA DEL EDIFICIO DE LA MUNICIPALIDAD. EN EL PERU ES UTILIZADO PARA LOS CATASTROS MINEROS URBANOS Y RURAL. 5. REGGEN – “LA RED GEODESICA NACIONAL” AÑO 1995.CONSTITUIDO POR 240 ESTACIONES MONUMENTADAS, POR EL INSTITUTO GEOFISICO PERUANO. 6. REPMOC – “RED PERUANA DE MONITOREO CONTINUO” EN PROYECTO POR EL IGN DE 1997
•Las
coordenadas planas Universal Transversal Mercator son obtenidas por la proyección de las coordenadas geodésicas del elipsoide de referencia al cilindro paralelo al Ecuador que lo envuelve, el Sistema Geográfico Nacional utiliza como Datum horizontal el punto de la Canoa 1956, referido al elipsoide internacional de Hayford de 1924.
La proyección UTM divide al mundo en: 60 zonas, cada una tiene 6 grados de longitud.
SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GALILEO Es un Sistema Global de Navegación por Satélite desarrollado por la Unión Europea
(U E) con el objeto de evitar la dependencia de los sistemas GPS y GLONASS - El sistema GALILEO estará disponible para su funcionamiento aproximadamente en el 2010. - Será operativo con la señal abierta emitida por el sistema estadounidense GPS.
En el 2004 entro en funcionamiento el sistema EGNOS, que es un sistema de apoyo al GPS, para mejorar la precisión de las localizaciones.
En otras regiones del mundo hay otros sistemas compatibles con EGNOS. - WAAS de EEUU - MSAS de JAPON - GAGAN de la INDIA
Se ha logrado que el Galileo, de uso civil (financiado con capital público y otra parte del sector privado), sea operativo con la señal abierta emitida por el sistema estadounidense GPS.
