Guadalajara, Jalisco 18, y 19 y 20 de abril

Transcripción

1 Guadalajara, Jalisco 18, y 19 y 20 de abril

2 Taller: Propagación de coordenadas en ITRF usando datos GPS Eje Rector: Construcción de Capacidades Ing. Rubén Esquivel Ramírez INEGI Guadalajara, Jalisco, 19 de abril de 2007

3 Contenido Geodesia (Definición) Sistemas de Referencia y Marcos de Referencia Por qué ITRF? Posicionamiento GPS Red Geodésica Nacional Activa Propagación de Coordenadas ITRF Servicio en Línea

4 Geodesia (Definición) La geodesia es la ciencia que se encarga del estudio de las técnicas y los métodos para determinar la forma y dimensiones de la Tierra, o de parte de ella, incluyendo el campo de gravedad externo.

5 Geodesia (Definición) n) Definición Moderna: Ciencia interdisciplinaria que utiliza sensores remotos transportados en satélites espaciales y plataformas aéreas, y mediciones terrestres para estudiar la forma y las dimensiones de la Tierra, de los planetas y sus satélites así como sus cambios; para determinar con precisión su posición y la velocidad de los puntos u objetos en la superficie u orbitando el planeta, en un sistema de referencia terrestre materializado, y la aplicación de este conocimiento a distintas aplicaciones científicas y técnicas, usando la matemática, la física, la astronomía y las ciencias de la computación. Ohio State University (OSU).

6 Geodesia (Definición) Sistemas de Referencia y Marcos de Referencia Por qué ITRF? Posicionamiento GPS Red Geodésica Nacional Activa Propagación de Coordenadas ITRF Servicio en Línea

7 Sistemas de Referencia Prescripciones y convenciones para definir en cualquier momento un sistema de ejes coordenados para la ubicación de puntos con respecto a la superficie terrestre (IERS*). Incluye el establecimiento de las unidades de medida y de una superficie geométrica auxiliar que se aproxime al tamaño y forma de la tierra (elipsoide). El WGS84 (World Geodetic System 1984) y el ITRS (International Terrestrial Reference System), son ejemplos de los sistemas de referencia globales definidos a partir de observaciones satelitales en los que el origen es el centro de masas de la tierra. * IERS: International Earth Rotation and Reference Systems Service

8 Sistemas de Referencia World Geodetic System 1984 (WGS84): Sistema de referencia terrestre que utiliza el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), fue creado desde 1987 utilizando observaciones Doppler del sistema de satélites de navegación Transit. EL WGS84 ha experimentado refinaciones con observaciones GPS y otros sistemas geodésicos satelitales de tal forma que se adapte lo mejor posible a toda la Tierra, la primera en 1994 WGS84(G730), otra en 1996 WGS84(G873), y la más reciente en 2002 WGS84(G1150).

9 Sistemas de Referencia WGS84 e ITRS Existe una pequeña diferencia entre el elipsoide de referencia adoptado en el WGS84 respecto al que utiliza el ITRF (GRS80) en el parámetro de aplastamiento o achatamiento. Parámetro Semieje mayor (a) Semieje menor (b) Factor de achatamiento Velocidad angular (w) Constante gravitacional (GM) ITRS m m 1/ x1011 rad/seg x108 m3/seg2 WGS m m 1/ x 1011 rad/seg x 108 m3/seg2

10 Marcos de Referencia Son realizaciones físicas de los sistemas de referencia, mediante la materialización de puntos sobre la superficie terrestre, directamente accesibles por ocupación u observación. Como ejemplo de marcos de referencia se tienen el NAD83, el SIRGAS y los ITRF, que son realizaciones del ITRS.

11 Marcos de Referencia Debido al comportamiento dinámico de la tierra (variaciones en la velocidad de rotación, variaciones del eje de rotación, tectónica de placas, etcétera) los marcos de referencia requieren ser actualizados periódicamente, de manera que se garantice consistencia entre las redes geodésicas.

12 Marcos de Referencia International Terrestrial Reference Frame (ITRF): Realización física del sistema de referencia del ITRS. El ITRF fue establecido a finales de 1988 por el IERS para sustentar las actividades científicas que requieran coordenadas muy precisas. El ITRF2000 se realizó por la estimación de las coordenadas y velocidades de un conjunto de cerca de 800 estaciones observadas por medio de técnicas VLBI, LLR, SLR, GPS y DORIS.

14 Por qué ITRF? Es un Dátum D Global Compatible con otros marcos y sistemas de referencia globales, permitiendo establecer relaciones entre ellos. Es el marco de referencia más ampliamente usado en el mundo. Disposición n de estaciones materializadas La densidad de estaciones materializadas para ocupación directa permite a cualquier usuario obtener coordenadas en ITRF. Existe una gran cantidad de estaciones de recepción continua de datos GPS con coordenadas en ITRF conocidas, disponibles gratuitamente para dar posición ITRF a nuevos puntos medidos con GPS.

15 Por qué ITRF? Precisión Con las técnicas empleadas para su definición y la cantidad de estaciones que se utilizaron se obtienen altas precisiones en la red de estaciones materializadas. Dinámico El IERS genera parámetros de transformación y velocidades para transformar las coordenadas a diferentes realizaciones del ITRF. Existen modelos de velocidades de placas tectónicas que permiten llevar las coordenadas ITRF a diferentes épocas. También existen velocidades calculadas para cada estación de recepción continua de datos GPS.

17 Posicionamiento GPS Absoluto En el posicionamiento GPS absoluto (stand-alone) no se obtienen posiciones ligadas a un marco de referencia materializado. La referencia son las órbitas o posiciones predichas de los satélites en WGS84 que proporcionan las efemérides transmitidas, por lo tanto las posiciones obtenidas están ligadas al WGS84. Las posiciones obtenidas del posicionamiento GPS de manera autónoma tienen una incertidumbre horizontal de hasta 15 metros.

18 Posicionamiento GPS Diferencial El posicionamiento GPS diferencial implica el posicionamiento simultáneo de estaciones con coordenadas conocidas ligadas a algún marco de referencia. Dichas estaciones sirven para ligar nuevas mediciones GPS a dicho marco de referencia mediante métodos de tratamiento de los datos.

19 Posicionamiento GPS Diferencial Además de ligar el posicionamiento GPS al marco de referencia de la estación o estaciones base empleadas, se minimizan algunas otras fuentes de error: ERRORES POR EFECTOS ATMOSFÉRICOS (Retraso por Ionosfera y Troposfera) ERRORES DE RELOJ ERRORES DE ORBITA MULTITRAYECTORIA (Multipath) Con este procedimiento de posproceso diferencial se pueden lograr precisiones de hasta algunos milímetros para la estación de coordenadas desconocidas, dependiendo del método de posicionamiento GPS que se empleó en campo.

20 Posicionamiento GPS Diferencial Tiempos de observación y precisiones horizontales típicas en los métodos de posicionamientos GPS. MÉTODO TIEMPO DE OBSERVACIÓN PRECISIÓN TIPICA OBSERVACIONES Estático 2 horas mínimo 5 mm + 1 ppm GPS Diferencial Estático Rápido 5 30 minutos 1 cm + 1 ppm Hasta 20 km Cinemático Inicialización + posicionamiento 2 cm + 1 ppm Reinicialización si hay pérdida de señal Cinemático OTF 10 minutos 2 cm + 1 ppm Reinicialización si hay pérdida de señal RTK Posicionamiento 2 cm + 1 ppm Hasta 10 km DGPS (sólo 1 frecuencia) 1 posición/seg Con fase 10 min. Sin fase 1-4 m Con fase < 1 m Con posproceso o con corrección en tiempo real Autónomo 1 posición/seg 4-15 m Esta información es variable dependiendo del autor o el fabricante del receptor. Las precisiones verticales son alrededor de 2 veces peores que las horizontales.

21 Posicionamiento GPS Diferencial Un inconveniente que puede presentarse en el posproceso diferencial es que las efemérides pueden estar referidas a un marco de referencia diferente al del punto de control empleado. En la actualidad el Servicio Internacional GPS (IGS) proporciona efemérides precisas referidas a una realización propia del ITRFXX (IGSXX), por lo que son consistentes con los ITRF. IGU Efemérides Ultrarrápidas IGR Efemérides Rápidas IGS Efemérides Finales (las mejores)

22 Posicionamiento GPS Diferencial El uso de efemérides precisas es necesario para aplicaciones en las que se requieren altas precisiones. Diferencias Promedio Tomando como Referencia las Diferencias Posiciones Promedio Obtenidas Tomando con Efemérides como Referencia IGS las Posiciones Obtenidas con Efemérides IGS Diferencias (m) Diferencias (m) 0,030 0,030 0,025 0,025 0,020 0,020 0,015 0,015 0,010 0,010 0,005 0,005 0,000 0,000 IGR IGU TRANS IGR IGU TRANS Tipo de Efemérides Usadas Tipo de Efemérides Usadas Latitud Latitud Longitud Longitud Altura Altura Sin embargo, también es recomendable su uso en aplicaciones que requieren menor precisión, ya que facilitan el procesamiento de los datos mejorando la calidad de los vectores.

23 Geodesia (Definición) Sistemas de Referencia y Marcos de Referencia Porqué ITRF? Posicionamiento GPS Red Geodésica Nacional Activa Propagación de Coordenadas ITRF Servicio en Línea

24 Red Geodésica Nacional Activa En nuestro país, la materialización del ITRF se da a través de la Red Geodésica Nacional Activa (RGNA), y su densificación por medio de levantamientos GPS sobre monumentos en toda la República, que conforman la red geodésica pasiva. Actualmente, la RGNA está conformada por 16 estaciones de recepción continua de los satélites de la constelación NAVSTAR.

25 Red Geodésica Nacional Activa En la página de Internet del INEGI ( se encuentra un acceso a la sección de la RGNA, en donde es posible descargar datos GPS de las estaciones de la RGNA. Las estaciones registran datos las 24 horas de los 365 días del año. Dentro de la página Sistemas de consulta ingresar a la opción Descarga de Información de la RGNA. Los usuarios nuevos deben registrarse para tener acceso a la información.

26 Red Geodésica Nacional Activa La página de la Red Geodésica Nacional ofrece las siguientes opciones: Acceso directo al directorio de descarga Acceso interactivo a los archivos de la RGNA Acceso FTP UNERINEX 3.0 Coordenadas ITRF de las estaciones de la RGNA También se tiene una liga para descargar datos de la estación a cargo del Instituto de Información Territorial del Estado de Jalisco (IITJ)

27 Geodesia (Definición) Sistemas de Referencia Marcos de Referencia WGS84 e ITRF Posicionamiento GPS Red Geodésica Nacional Activa Propagación de Coordenadas ITRF Servicio en Línea

28 Propagación n de la Coordenadas ITRF La propagación de coordenadas ITRF se logra mediante el posproceso diferencial de los datos GPS obtenidos en el punto de interés con datos GPS observados en cualquier punto de la Red Geodésica Nacional. Coordenadas ITRF conocidas Nueva posición n ITRF obtenida

29 Propagación n de Coordenadas ITRF PROCEDIMIENTO GENERAL GPS DIFERENCIAL: 1. Crear un proyecto, especificando que el sistema de coordenadas a emplear es ITRF. 2. En caso de que el programa no contemple al ITRF, crearlo en la herramienta del software para manejo de sistemas de coordenadas, ingresando únicamente las dimensiones del elipsoide. 3. Cargar los archivos GPS de los puntos a procesar y de las estaciones base (ligadas a la RGNA).

30 Propagación n Coordenadas ITRF PROCEDIMIENTO GENERAL PARA GPS DIFERENCIAL (Continuación): 4. En su caso, cargar archivos de efemérides precisas. 5. Fijar la o las estaciones base, asignándoles las coordenadas ITRF**. 6. Efectuar el procesamiento de la o las líneas de base. 7. En caso de redes, ajuste de las soluciones de las líneas de base. ** Para levantamientos en los que se requiere consistencia precisa con ITRF, se requiere tomar en cuenta las velocidades de las estaciones base.

31 Propagación n de Coordenadas ITRF ESQUEMA GENERAL DE PROPAGACIÓN DE COORDENADAS ITRF ITRF RGNA RGN Pasiva (GPS Estático) tico) IERS INEGI INEGI Usuarios GPS Estático tico RápidoR GPS GPS Cinemático, Cinemático, Diferencial Diferencial Estación n Total (Poligonación) n) Estación n Total Total (Radiación) Usuarios

32 Geodesia (Definición) Sistemas de Referencia Marcos de Referencia WGS84 e ITRF Posicionamiento GPS Red Geodésica Nacional Activa Propagación de Coordenadas ITRF Servicio en Línea

33 Servicio de Procesamiento en LíneaL El OPUS (On-line Positioning User Service) es un servicio del NGS a través del cual los usuarios del GPS puedan ligar sus observaciones al marco geodésico oficial mediante la transferencia de datos GPS por Internet. ( Además de los archivos a procesar, se requieren los siguientes datos: 1. La cuenta de correo electrónico a la cual se desea que se envíen los resultados. 2. Los datos GPS que se desea procesar. 3. El modelo de antena empleado en el levantamiento de los datos. 4. La altura de la antena.

34 Servicio de Procesamiento en LíneaL Para levantamientos en territorio mexicano, OPUS reporta coordenadas en ITRF00 época 2004 y en la época del levantamiento. Adicionalmente se pueden elegir los siguientes parámetros opcionales: Generación de coordenadas en una proyección adicional a la UTM. Las estaciones CORS que se desea sean empleadas en el procesamiento de los datos. Las que no se desea que se utilicen. Reporte extendido del proceso.

35 Ejercicio de Procesamiento en LíneaL Resultados obtenidos del procesamiento de datos GPS en software de procesamiento comercial y en OPUS. FUENTE LATITUD ERROR LONGITUD ERROR ALTURA ERROR MARCO DE REF. OPUS N O ITRF00 E OPUS N O ITRF00 E RGNA 21 52' "N ' "O ITRF00 E Diferencia: 0.012m m m

36 Gracias! Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007