Estació n Referencia GPS

Transcripción

1 Estació n Referencia GPS Una red de estaciones GNSS (Global Navigation Satellite Service) avanzaría la capacidad de realizar estudios científico/técnicos y de promover servicios para empresas, instituciones y organismos. En estos tiempos de tanta especialización hay pocos equipos científicos que sean tan multidisciplinares como un simple receptor GNSS de calidad geodésica. Una red de receptores GNSS consiste en cadenas de puntos geográficos ocupados permanentemente por antenas y receptores GNSS de calidad geodésica. Estas estaciones graban medidas a los satélites (GPS, GLONASS y próximamente Galileo y Compass). Analizando los datos recabados por estas estaciones se pueden dar servicios regionales y globales de; correcciones a topógrafos, sistemas de información geográfica (GIS), correcciones diferenciales, análisis meteorológico, análisis terrestre local (terremotos, movimientos de placas, dinámicas subterráneas, etc.), monitorización de las constelación de satélites, etc. A través de la publicación y coordinación de los datos brutos de todas las estaciones se puede desarrollar una red mixta sin que todo el esfuerzo de inversión y mantenimiento tenga que venir de la misma fuente. La idea en estas páginas es presentar las ventajas de la instalación de una red GNSS con un objetivo dual de: 1.) provisión de datos a un futuro servicio de correcciones diferenciales y 2.) la distribución de datos libremente para cualquier aplicación e investigación actual o futura. La instalación de estos receptores GNSS no es técnicamente compleja ni supone un gran esfuerzo económico Las señales GNSS se encuentra en todo nuestro alrededor de manera ubicua y la recepción de la señal de navegación de los satélites GPS, GLONASS, etc. no genera interferencias a otros equipos, ni ningún otro efecto apreciable. La utilidad de estas estaciones GNSS es su operación continuada durante años para tener series temporales muy largas y datos estables que permitan desarrollar aplicaciones y servicios para diferentes grupos de usuarios.

2 1 Introducción Una red continúa de datos GNSS (Sistema por Satélite de Navegación Global en sus siglas inglesas, que incluye GPS, GLONASS y los futuros Galileo y Compass). Las redes de receptores GNSS son cadenas de puntos geográficos ocupados permanentemente por antenas GNSS omnidireccionales de calidad geodésica, conectadas a receptores geodésicos de doble frecuencia (son receptores de GPS que también pueden recoger datos de GLONASS y de las futuras constelaciones. Podemos ver en este gráfico la red de estaciones del IGN (Instituto Geográfico Nacional) en España: Red de estaciones GNSS en la península Ibérica También podemos ver la red de estaciones GNSS de IGS (InternacionalGNSS Service). En esta red están integradas estaciones de mas de 50 organismos y todos los datos son accesibles a científicos y técnicos de cualquier país para cualquier uso, libremente: Red de estaciones GNSS activas que forman parte de IGS También es interesante ver la red de estaciones GNSS en Japón, un país muy preocupado por los terremotos y los maremotos:

3 En estas páginas presentamos los beneficios para cualquier empresa, institución u organismo que instale estaciones GNSS y el bien público que suponen para toda la sociedad tener estos datos correctamente guardados y controlados y fácilmente accesibles. Este documento pretende promover la instalación de estaciones en tantos puntos como sea posible. A través de la publicación y coordinación de los datos se puede desarrollar una red completa sin que todo el esfuerzo de inversión y mantenimiento tenga que venir de la misma fuente. Con una red mixta se consigue mejor redundancia en los datos y se promueven intercambios entre diferentes grupos y mejor trabajo multidisciplinar. Los datos GNSS de las redes instaladas se usan principalmente para la distribución regional de correcciones diferenciales a usuarios locales con lo que se mejora la precisión de la posición estimada por el usuario en esa área geográfica. Esta aplicación específica (correcciones diferenciales) asume una cadena de grabación de datos, distribución, almacenamiento, procesado y distribución de las correcciones en un sistema muy cercano al tiempo real y con una complejidad añadida que no se detalla en este documento. La base de todo servicio GNSS es una red fiable y permanente de datos que es lo que se presenta y propone en este documento. La idea en estas páginas es presentar las ventajas de la instalación y monitorización de la red GNSS con un objetivo dual de provisión de datos a un futuro servicio de correcciones diferenciales regional y la distribución de datos libremente para cualquier aplicación (científicas, privadas, públicas) siguiendo el modelo de IGS de datos abiertos. 2 Necesidades Cada punto geográfico experimenta una serie de efectos debido al movimiento de placas y a efectos subterráneos, a las condiciones atmosféricas locales, a la presión de la mareas liquidas y terrestres, etc. Para la correcta caracterización de estas condiciones locales se instalan mundialmente receptores de Navegación por Satélite; GNSS. Analizando los datos brutos recabados por estas estaciones (medidas a cada satélite sobre ese punto geográfico) se dan servicios regionales y globales de; correcciones locales (topografía y GIS), correcciones diferenciales, análisis meteorológico, análisis terrestre local (terremotos, movimientos de placas, dinámicas subterráneas, etc.), monitorización de las constelaciones de satélites, análisis de la ionosfera, etc. El número de aplicaciones crece a medida que los científicos estudian y experimentan con los datos, algunas derivan en servicios de gran alcance (soporte a las previsiones meteorológicas, mantenimiento de sincronización en redes telefónicas, sistema de avisos de terremotos, etc.) mientras que otras serán de interés puramente científico y ayudaran a entender y mantener mejor nuestro entorno.

4 Todas las aplicaciones que usan datos GNSS (GPS+) necesitan datos de alta calidad, estos son datos de doble frecuencia de todos los satélites a la vista en cada momento (de 8 a 16). Estas medidas recogidas cada segundo normalmente se guardan localmente por un tiempo pre-determinado y se transmiten a un servidor central, o bien se transmiten en tiempo-real usando protocolos abiertos de transmisión de datos por redes TCP/IP. Por tanto cada estación GPS necesita: - Un lugar seguro sin mucha posibilidad de vandalismo y que tenga una visión sin obstrucciones de todo el cielo - Un lugar con garantía de servicio eléctrico (o bien se puede aplicar un diseño de placas solares + baterías) - Una conexión (con o sin cable) a una red TCP/IP - Nuestro programa Base de referencia El receptor está conectado a un PC con Internet,para mandar correcciones en RTK, a los Rovers y el almacenaje y distribución de datos que se puedan hacer con ellos postproceso Lo mejor es ubicar los receptores y los posibles PCs en un edificio cercano para que no sufra muchas variaciones de temperatura y humedad, pero también es necesario que el cable coaxial entre la antena y el receptor no sea excesivamente largo, y que sea de muy buena calidad Como se comenta anteriormente el receptor suele ponerse en un cuarto dentro de un edificio cercano para prevenir cambios bruscos o severos de temperatura o humedad. Por otro lado en la implementación central superior la antena y el receptor están totalmente integrados en un monumento anclado al suelo, así que existe mucha flexibilidad en la correcta instalación de estos equipos. En la 1era foto se ve un GPS Leica 530 conectado a un ordenador con internet y ejecutando el programa Base de Referencia se puede ver que hay conectado 17 Rovers en RTK por telefonía móvil, la 2da foto se ve la antena GPS instalado en la azotea del edificio.

5 3 Implementación Se puede promover la instalación de estos equipos GNSS (receptor + Antena) por toda la geografía. Ningún organismo tiene posibilidades de establecer estaciones en todos sitios debido a usos limitados del terreno, propiedad privada, permisos, instalaciones existentes, etc. Por tanto las redes mixtas (instaladas por varios organismos e instituciones) suelen tener mayores garantías de éxito y de mantenimiento a largo plazo. La instalación de estos equipos no es técnicamente compleja (Anexo A) ni supone un gran esfuerzo económico. La utilidad de estas estaciones es su operación continuada durante años para tener series temporales muy largas y datos estables que permitan desarrollar aplicaciones y servicios continuos para diferentes grupos de usuarios. Los equipos se pueden instalar encima de edificio bajos, siguiendo algunas recomendaciones sencillas, sobre pilares de hormigón o bien sobre trípodes fijos anclados al terreno. Las señales de los satélites de navegación (Global Navigation Satellite System - GNSS) son un bien público y gratuito ofrecido por los países que lanzaron las diferentes constelaciones de satélites. No hay que dar cuenta a nadie en ningún momento del uso de esta señal ni su uso está restringido. La señal se encuentra en todo nuestro alrededor de manera ubicua y aunque en ciertos sitios se recibe mejor que en otros la recepción de la señal GPS, GLONASS, etc. no genera interferencias a otros equipos, ni ningún otro efecto apreciable. Usando este servidor todos los organismos pueden despreocuparse del mantenimiento de los datos y del gasto de tener un servidor dedicado para esta función, y se garantiza igual acceso a todos los usuarios. Descubriendo y abriendo estas estaciones es fundamental para no duplicar esfuerzos 5 Beneficios y Usos Cada organismo, institución y empresa que ponga una estación GPS puede tener un uso específico propio. Mientras el equipo sea de calidad y se aplique un mínimo de cuidado los datos pueden ser útiles a multitud de usuarios sin ningún coste adicional. Pero específicamente para que puede querer su institución poner este tipo de equipamiento: 1. Para el control geográfico de bienes grandes o muy costosos, como por ejemplo edificios, puentes, gran maquinaria, potabilizadoras, etc. 2. Se puede hacer una instalación de un equipo GPS sobre un bien que esté fijo para tener su posición monitorizada en todo momento 3. Se puede monitorizar las deformaciones del terreno cercano a un bien para prevenir futuros problemas de corrimientos de tierras, hundimiento, etc.

6 4. Para la georeferenciación de otros datos. Es posible hacer un timestamp de la posición y el tiempo de cualquier dato científico que se recolecte simplemente teniendo una estación GPS cercana y uniendo los datos en un formato pre-establecido. Esta georeferenciación de cualquier dato (vientos, presión, humedad, temperatura, radiación, nivel de ruido, polución, caudales de agua, etc., etc.) permite luego analizar mejor los datos en los sistemas GIS (Geographical Information Systems) y su mejor estudio posterior. 5. Para acceder a una escala de tiempo preciso y continuo, para redes aisladas, como input a otros equipos científicos o técnicos, etc. Hoy en día la mejor escala de tiempo del mundo es la de GPS porque permite la sincronización al nivel del nanosegundo de relojes en sitios muy dispares geográficamente mientras tengan acceso a la señal transmitida por los satélites. 6. Como estación base para medidas de topografía. Las medidas de los GPS móviles (rovers) usados en topografía y fotografía aérea se tienen normalmente que suplementar con un equipo fijo base a partir del cual se calculan las correcciones locales a la posición para mejorar y refinar el trabajo de campo. Si estas estaciones base se ponen en sitios donde vaya a haber mucho trabajo topográfico es mejor que estar poniendo y quitando estaciones repetidamente, y es mucho más preciso y a la larga más económico. La siguiente pregunta es quien se beneficia de tener tantas estaciones GNSS operando en nuestro entorno. Los beneficios están repartidos en usuarios técnicos privados (empresas), organismos públicos, instituciones de investigación y la sociedad en general: 1. A las empresas: Empresas sobre todo de topografía, de cartografía, de fotografía aérea, etc. les es muy interesante tener estaciones base ya instaladas con datos accesibles de un modo simple para poder hacer su trabajo más rápida y económicamente. Por tanto el establecimiento de estaciones GNSS sería un recurso para que nuestras empresas puedan trabajar mejor sobre el terreno. 2. A los organismos públicos: Porque estos datos permiten monitorizar los bienes de todos y permite identificar posibles problemas antes de que sean grandes problemas. Midiendo el hundimiento del suelo o el leve movimiento de puentes y carreteras, etc. También manteniendo todos estos bienes sobre un sistema de coordenadas común. La cartografía regional y los mapas del catastro también se podrían generar más fácilmente teniendo estaciones base y por tanto que ayuntamientos, cabildos, etc. puedan monitorizar el uso del terreno adecuadamente (aplicaciones GIS).

7 3. A los investigadores: Porque tener datos GNSS permite saber si hay movimientos relativos de islas, rotaciones, cargas oceánicas,movimientos sísmicos, etc. También se puede ayudar a mejorar los modelos globales de presión de las mareas, a descubrir fallas terrestres, a estudiar la troposfera, etc. 4. A la sociedad en general: Porque uniendo todos estos datos sería viable crear una red de correcciones diferenciales en todo el territorio que transmitiera estas correcciones para todos libremente como se hace ya en muchas sitios.si esta futura red de correcciones diferenciales se basa en TODAS las estaciones (propias o no) tiene mucha más fiabilidad y garantía estadística de dar un buen servicio a lo largo del tiempo. Podía servir a barcos de recreo, de pesca, actividades de montaña, servicios de rescate, etc. 6 Conclusión En estos tiempos de tanta especialización hay pocos equipos científicos que sean tan multidisciplinares como un simple receptor GNSS de calidad geodésica. Cada día estamos viendo que las aplicaciones de la navegación por satélite crecen y penetran más en nuestra vida diaria (en los coches, en los móviles, etc.) Se reconoce ya que el servicio de posicionamiento por satélite es un bien público similar al servicio de luz, agua o las carreteras y de ahí el gran desarrollo que han tenido sus aplicaciones, pero para que su beneficio sea pleno hay que establecer más estaciones y mantenerlas a lo largo del tiempo. 8 Anexo A: Características técnicas necesarias para una estación GNSS de referencia continua. Cada estación GNSS de referencia está compuesta por los siguientes elementos: Receptor GNSS, con observación simultanea de las frecuencias portadoras L1, L2. Determinación de posiciones y registro de observables de hasta 1Hz como mínimo. Antena Geodésica, con capacidad para L1 y L2 como mínimo, con plano de tierra, y separada del receptor. Programa Estación de referencia. Cable coaxial De alta calidad para minimizar problemas entre la antena y el receptor. Receptor GNSS: 12 o más canales para cada frecuencia, seguimiento de los mensajes C/A, P, L2C, etc. de los sistemas GPS y a ser posible de GLONASS, Galileo, etc. Alimentación de la red eléctrica o posibilidad de alimentación a través de baterías Ordenador con puertos USB o Serie RS232 y conexión a Internet