ANTECEDENTES Y SITUACIÓN ACTUAL DE LOS SISTEMAS GEODÉSICOS EN ESPAÑA

Transcripción

1 1 ANTECEDENTES Y SITUACIÓN ACTUAL DE LOS SISTEMAS GEODÉSICOS EN ESPAÑA Los estudios geográficos están referidos siempre a un área determinada y, por ello, se precisa establecer preliminarmente sus límites y dimensiones. La utilización de cartografía en esta tarea es imprescindible, pues los mapas contienen, entre otros aspectos, las referencias pertinentes a tal efecto. Esos límites se establecen a partir de algún sistema de coordenadas, y éstas permitirán situar los puntos extremos N, S, E y W del área en cuestión. Las dimensiones por ellas establecidas se expresarán en unidades superficiales (km² o hectáreas) en función del tamaño del área, de la escala o de los hábitos convenidos. La fuente fundamental a utilizar en esta tarea será la cartografía oficial del Estado en cuestión. Para efectuar una adecuada lectura de los mapas en relación con la localización de esos límites y demarcaciones, es fundamental estar al día sobre el Datum y Tipo de Elipsoide que emplean. Toda esta cuestión se engloba en un paquete de referencias de carácter cartográfico-matemático y geodésico que es imprescindible conocer para evitar errores, confusiones o, simplemente, torpezas. Esta situación de necesidad radica en que, especialmente a partir de la década de los noventa del S. XX, existe una proliferación de productos cartográficos de índole diversa referenciados con sistemas geodésicos distintos susceptibles de ser utilizados, paralela o indistintamente, según diferentes objetivos o/y disponibilidades: - Mapas relativamente antiguos o históricos (primeras décadas del S. XX y S. XIX) que, pese a sus fechas de edición, no quedan completamente obsoletos, pues ofrecen por su escenario retrospectivo interesantes datos geográficos de décadas (y siglos) pasados que pueden ser aprovechables en muchos estudios geográficos e históricos. - Mapas de diferentes organismos (I.G.N., S.G.E., Comunidades Autónomas, etc) que, desde los años cuarenta del siglo pasado hasta la actualidad, han venido siendo editados. - Fotografías aéreas, ortofotos, imágenes de satélite y ortoimágenes que, desde finales de los años cincuenta del siglo pasado, tenemos disponibles. También se da, en este caso, situaciones diversas en cuanto a los organismos editores. - Situación cartográfica actual (primera década del S. XXI) en la que se está produciendo, por los avances tecnológicos (satélites y GPS), un cambio importante en el sistema geodésico, pasándose del tradicional Sistema ED50 a los nuevos sistemas geocéntricos, europeos o globales (WGS84 y ETRS89), tal y como se explicará a continuación. A estas posibles situaciones diversas, se une la transcendencia que puede tener esta cuestión cuando se usa el GPS en campo, ya sea separada o conjuntamente con un mapa de apoyo; así como el eventual uso de cartografía de otras regiones del mundo o, por qué no, la propia visita a esas regiones.

2 2 Hechos estos comentarios introductorios en relación con el Tema 2 que se está abordando, como se sabe, las coordenadas geográficas que empleamos para localizarnos se construyen a partir de uns Sistema Geodésico, es decir, una serie de prescripciones científico-técnicas que establecen previamente un modelo matemático no real de la Tierra, pero lo más ajustado posible a la superficie del nivel gravimétrico de la misma (Geoide). Esa figura se llama Elipsoide de Revolución y constituye uno de los aspectos fundamentales del Sistema Geodésico. Se aplica después, un Sistema de Proyecciones Cartográficas que, al permitir transformar la superficie curva terrestre en una superficie plana, va a ser determinante en la configuración que adopte la red de meridianos y paralelos donde se cifran los valores de latitud y longitud (X e Y, en el caso de las coordenadas U.T.M). Al respecto debe entenderse que, en función de ese sistema, las coordenadas empleadas nos situarán en lugares diferentes (muy próximos, pero con varias decenas de metros de diferencia). - Sistema del Primer Datum de la Red Geodésica Española. El Punto Fundamental o primer Datum fue el Observatorio Astronómico de Madrid, que sirvió además como Meridiano de Referencia en los primeros mapas topográficos (S. XIX y, aproximadamente, primera mitad del XX). Sus coordenadas, obtenidas por métodos astronómicos 1, eran: φ = N y λ = W. En la red desarrollada a partir de este punto se integraron otras estaciones astronómicas en donde, además de la latitud y longitud, se midió el acimut de una dirección (entre todas, destaca por su importancia el Observatorio Astronómico de la Marina de San Fernando de Cádiz). Esta referencia contribuía, como otra geodésica más, a los fines cartográficos y de orientación. Estos primeros mapas del MTNE (Mapa Topográfico Nacional de España) utilizaron una proyección POLIÉDRICA 2 basada en el elipsoide de STRUVE de 1860: a = m; b = m; y α=1/299,73 Esa proyección pese a no ser conforme 3 no presentaba grandes alteraciones, y ofrecía la ventaja de cálculos sencillos sobre el sistema cartesiano definido en cada 1 Método por el cual se emplea como referencia las diferencias angulares existentes entre un punto cualquiera de la superficie terrestre con los astros. De esta manera se considera a la bóveda celeste como una especie de mapa fijo o cuasi-fijo que permite saber dónde estamos localizados. En la actualidad este método se emplea, tan sólo, como complementario o secundario para calibrar o comprobar las localizaciones que se efectúan mediante otros métodos más sofisticados (GPS y satélite) y con planteamientos diferentes (geodésicos). 2 Cada una de las proyecciones basadas en la cobertura del globo mediante un poliedro esférico de caras planas. Es un tipo de proyección en la que un cuadrilátero de la esfera terrestre se proyecta sobre un plano trapezoidal. La escala se conserva tanto en el meridiano central como en los lados. Este tipo de proyección se usa especialmente para realizar mapas topográficos a gran escala. ( 28/11/2007).

3 3 hoja. Sin embargo, por la propia naturaleza geométrica de esta proyección, impedía el solape de varias hojas contiguas (para aclarar esta cuestión, se recomienda la consulta de Lorenzo, 1994: En 1950 tuvo lugar la primera compensación de la Red, conjuntamente con la de las restantes redes geodésicas de Europa Occidental, gracias a la AMS (Army Map Service) de los EE.UU. A partir de entonces, se propondrá otro sistema geodésico. - Sistema ED50 (European Datum 1950). Compensación de redes geodésicas efectuadas por El Coast and Geodetic Survey de los EE.UU. con el fin de tener una cartografía unificada tras la II Guerra Mundial. Se adoptó el elipsoide de Hayford de 1909, conocido como Elipsoide Internacional desde que en 1924, en Madrid, se decidiera adoptarlo en una asamblea de la IAG (Internacional Association of Geodesy). a= m; b= m; y α=1/297 Compruebe el alumno la pequeñísima diferencia respecto al elipsoide anterior. Sin embargo, estos pocos metros son muy importantes a la hora de localizarnos con precisión en la actualidad y, como consecuencia de ello, es fundamental para efectuar una adecuada cartografía. Tenía como origen de latitudes el Ecuador. Y, de longitudes, el Meridiano de Greenwich. Con este nuevo elipsoide las coordenadas geodésicas del Datum de Madrid diferían de las anteriores astronómicas, estableciéndose en φ = N y λ = W, induciendo un vector de desviación de la vertical con un módulo aproximado de Este sistema fue completado en 1930 por la fórmula internacional de la gravedad cuyos parámetros principales fueron los siguientes valores de aceleración terrestre en el ecuador y en los polos: γ E = ms -2 y γ P = ms -2 Quedaba, así, definido el sistema por el conocimiento de cuatro parámetros: dos geométricos (a, α) y dos dinámicos (los valores de la gravedad del año 1930), los cuales permitían describir el elipsoide de revolución equipotencial junto al campo de gravedad normal engendrado por el mismo. Aunque posteriormente trabajos realizados mostraron que los parámetros geométricos no eran los más adecuados, a pesar de todo, el sistema fue considerado como la mejor aproximación de la figura de la Tierra durante muchos años (hasta que la metodología de la Geodesia Espacial, junto con las nuevas medidas terrestres de grandes arcos y con otras determinaciones gravimétricas evidenciaron notables mejoras, sobre todo a partir de 1960). El punto origen, fundamental o Datum, sobre el que se van transportando las posiciones calculadas (Punto Astronómico Fundamental) de los puntos conocidos de 3 La conformidad es una propiedad de las proyecciones cartográficas según la cual los mapas mantienen, conservan o respetan las verdaderas formas de los territorios o áreas, en detrimento de otras cualidades (especialmente, no conservar las superficies o áreas).

4 4 la red geodésica 4 fue la Torre de Helmert, sita en el Observatorio de Postdam (Alemania) 5. Se le puede llamar Datum Postdam, o también Datum Europeo (conocido como ED50, empleando la abreviatura inglesa). Sus valores son φ (latitud): , y λ (longitud): N. Las altitudes son ortométricas o geoídicas, es decir, referidas al geoide y, por tanto, resultante de considerar la diferencia de altitud entre éste (Po) y la superficie topográfica o real (P), a partir del valor medio de la gravedad sobre la vertical de la proyección ortogonal de P en el geoide (Po). A partir de 1970, coincidiendo con el centenario del IGN, se diseñó una Nueva Red Geodésica con este nuevo sistema. En él comenzó a usarse además la proyección U.T.M. 6 en la serie MTN50 (abreviatura empleada en España para el Mapa Topográfico Nacional a escala 1:50.000) y, ya de modo exclusivo en la serie MTN25 (a escala 1:25.000, iniciada en España en 1974). Se comenzó, entonces, la reconstrucción de la red, señalizándose la totalidad de sus vértices mediante pilares de hormigón armado. Los trabajos finalizaron en 1992, quedando constituida la Red de Primer Orden (RPO) por 680 vértices, que forman una malla continua cubriendo todo el territorio. Ésta se complementa con la Red de Orden Inferior (ROI) integrada por vértices. El sistema ED50 ha generado problemas cartográficos derivados del empleo del elipsoide de Hayford (que no era el más adecuado precisamente para Europa, según el comentario de los especialistas), por lo que la red hubo de ser revisada (compensada). La IAG siempre recomendó su revisión con el fin de lograr una compensación europea más rigurosa. Una Comisión europea, cuyo objetivo fue salvar los problemas del sistema ED50, concluyó la presentación en Lisboa (1987) de un nuevo sistema (ED87), de muy elevada precisión y libre en gran parte de los errores de escala y rotación presentes en aquél. Con ello, Europa dispondría ya de una red geodésica continental de alta precisión sobre la que ajustar todos sus trabajos geodésicos. Pero, la obtención de esta solución coincidió con el auge de la aplicación de la tecnología GPS sobre la creciente constelación de satélites NAVSTAR (propiedad de los EE.UU), que estaba evidenciando una gran precisión en el posicionamiento relativo entre estaciones separadas por cientos de kilómetros, y todo ello en un sistema geodésico de referencia geocéntrico (coordenadas geocéntricas o aquellas establecidas entre la órbita del satélite y el supuesto centro de la Tierra), con lo que el sistema adquiere carácter GLOBAL o mundial, con unos planteamientos 4 En la que los Vértices Geodésicos permiten, entre otras cuestiones, efectuar la triangulación topográfica con fines cartográficos. 5 Friedrich Robert Helmert ( ) fue un geodesta alemán en memoria del cual se dio bautizó tal hito geodésico (Véase 6 Esas siglas corresponden en inglés a un sistema de proyección cartográfica llamado en inglés Universal Transversal Mercator (Mercator fue un famoso cartógrafo europeo del S. XVI). Este sistema de proyección, tal y como se emplea en la actualidad, lleva implícito el uso de un tipo de coordenadas completamente diferentes a las clásicas coordenadas geográficas. En su momento, se explicará en Prácticas en qué consiste este Sistema Cartográfico UTM.

5 5 diferentes a los anteriores. Ante estas atractivas posibilidades, se creó una Subcomisión EUREF (European Reference Frame), con la misión de llevar adelante el proyecto de aplicación de las nuevas tecnologías espaciales (Geodesia Espacial) a la consecución de sustituir el anterior sistema de referencia europeo por uno mundial o global. Surge, así, el - Sistema WGS84. World Geodetic System, es decir, un sistema geodésico mundial, apoyado en el elipsoide Geodetic Referente System (GRS80) y en la red geodésica asociada del mismo nombre. Se define este sistema de manera muy compleja, pues necesita del procesamiento de los datos suministrados por varios millones de observaciones para poder calcular el valor de cerca de parámetros. Éstas son de tipo láser, radioeléctricas, altimétricas e interferométricas 7, las terrestres (clásicas) y, especialmente, las gravimétricas (sustitutas de las altimétricas en las zonas continentales). Los valores son los siguientes: a= m ± 2; b= m ± 2; y α=1/298, Como se dijo antes, contempla un sistema de coordenadas con origen en el centro de masas de la Tierra (geocentro). Por ello, las coordenadas empleadas para situar un objeto en la superficie terrestre cambian respecto a las tradicionales. En este sistema se precisan tres (es un sistema de coordenadas trirrectangular): X (equivaldría a la longitud), Y (equivaldría a la latitud) y Z (distancia desde el centro de la Tierra a la superficie terrestre en cada punto). Sin embargo, este sistema a escala global sólo puede proporcionar una precisión de entre 1 y 2 metros, que para los requerimientos actuales tan exigentes no es suficiente, pues con objeto de satisfacer todas las necesidades geodésicas y de navegación se necesita un sistema que garantice precisiones de unos pocos centímetros. Así, al menos, lo exigen en Europa, de manera que la Subcomisión EUREF estableció pronto el - Sistema ETRS89 (European Terrestrial Reference System). Consistiría, pues, un sistema de ámbito europeo. Está definido por 36 estaciones europeas y densificado mediante una serie de campañas GPS, la primera de las cuales (realizada en Europa Occidental) comprendió un total de 93 estaciones GPS, observadas durante dos semanas en mayo de 1989 (Campaña GPS EUREF 89), en la que España contribuyó con 14 estaciones (dos de ellas permanentes: Robledo y San Fernando). El trabajo efectuado por un equipo de geodestas europeos finalizó con la presentación en Berna (Marzo de 1992) del conjunto de coordenadas de todas las estaciones EUREF 89. Desde entonces, éstas han pasado a definir el ETRF 89 (la F es de frame, es decir marco de referencia o, dicho de otra manera, red geodésica), considerándose como 7 La Interferometría es una técnica óptica utilizada en Astronomía que consiste en combinar la luz proveniente de diferentes receptores, telescopios o antenas de radio para obtener una imagen de mejor resolución ( consultado el 12/03/2008).

6 6 puntos fiduciales, en los que deben apoyarse los trabajos GPS sobre las redes geodésicas nacionales. Así se está actuando en España donde, mediante el proyecto REGENTE, todo el territorio nacional quedó cubierto por una densa red de estaciones GPS a finales de Así pues, desde esa fecha y hasta la actualidad se han realizado algunos mapas con este nuevo sistema de referencia (o Datum, termino empleado para simplificar) en aplicaciones que requerían mucha precisión, pero no se ha implantado a nivel de usuario normal en mapas en papel al uso. En realidad, este sistema emplea el mismo elipsoide que el sistema WGS84 (GRS80), completamente equivalente a nivel de usuario, pues deriva de aquél. La única diferencia es que los semiejes menores (b) varían en alguna décima de milímetro. En definitiva se puede decir que WGS84 ETRS89. La materialización de este Datum sobre el terreno (ETRF89), o conjunto de puntos o vértices geodésicos, son señales cilíndricas blancas cuya implantación se completó en En los nuevos mapas MTN del Instituto Geográfico Nacional (IGN) ya aparecen rotulados los vértices. Éstos (REGENTE) también pertenecen a la ROI anterior (ED50), de forma que al día de hoy se dispone de coordenadas en ambos sistemas, pudiéndose calcular así parámetros de transformación entre ambos sistemas (esta cuestión es crucial conocerla en la actualidad, mientras no se termine de implantar el nuevo sistema). Los mapas que pueden adquirirse en estos momentos están aún referidos a ED50 (salvo en Canarias, en donde utiliza el REGCAN95, totalmente compatible con WGS84 ETRS89). Con un GPS, hoy, el usuario puede seleccionar en el menú correspondiente el elipsoide (o Datum, o si quiere, el sistema geodésico) de manera directa, sin tener que hacer transformaciones, pudiendo incluso tener para el mismo lugar las coordenadas en sistemas diferentes (ED50 y WGS84 ETRS89). Estas coordenadas serán muy parecidas, pero diferentes. En esto debe tenerse cuidado si, además, se utiliza un mapa, ya que en este caso el sistema geodésico seleccionada en el GPS debe ser el mismo del empleado en el mapa, si se pretende tomar como referencia el mapa en cuestión. En cualquier caso las diferencias oscilarían como mucho entre 100 y 200 m. Debe tenerse también en cuenta que el sistema ETRS89 está ligado a la parte estable de la placa tectónica continental europea, y que los datos son los de ésta en Pero a partir de entonces se ha puesto de manifiesto que esta placa mantiene un movimiento bastante uniforme, de unos 3 cm por año, a excepción de la parte grecoturca. Por esta razón, a partir de esa fecha, las coordenadas ETRS89 ajustadas con relación a la placa europea ha ido modificando sus valores respecto a los expresados en otro sistema que pretende contemplar, entre otras, estas variaciones (ITRS89: International Terrestrial Reference System). Sin embargo, esta modificación es bien conocida, está controlada por los organimos internacionales sectoriales y son posibles las transformaciones entre unas y otras, con exactitud de 1 cm.

7 7 Implantación en España de nuevo sistema geodésico ETRS89 Desde el 29 de agosto de 2007, el Real Decreto 1071/2007, de 27 de Julio, regula la adopción en España del sistema de referencia geodésico global ETRS89, sustituyendo al sistema geodésico de referencia regional europeo ED50, oficial hasta ese momento en España. Por tanto, debe tenerse en cuenta que al día de hoy toda la Cartografía peninsular y balear está elaborada con el antiguo ED50. Mediante ese R.D. la cartografía española deberá actualizar bastantes cosas (nuevas coordenadas de las esquinas de las hojas del MTN50 y sus divisiones, edición de nueva cartografía ajustada a la nueva geometría), para lo que se establece un PERIODO TRANSITORIO haste el 2015, en el que podrán convivir los dos sistemas. Por tanto, nos toca vivir en la actualidad este periodo transitorio, por lo que debe ponerse especial cuidado en el ajuste de los sistemas geodésicos, para no cometer errores o torpezas por despiste. Consideraciones finales En suma, debe tenerse en cuenta que al existir diferentes sistemas geodésicos, tendremos diferentes coordenadas para un mismo punto. Por otro lado, en algunos sistemas esas coordenadas son geodésicas (referidas al elipsoide), pero las nuevas son geocéntricas (referidas al centro de la Tierra). En las primeras se indican latitud y longitud (no suele indicarse altura), en las segundas el sistema permite tener tres coordenadas directamente X, Y, Z). Igualmente, debe atenderse al hecho de que un elipsoide, a no ser que sea global o mundial, se refiere y acomoda a un área de la Tierra, pero no debe aplicarse a otra diferente. Además, debe considerarse que a su vez que un punto sobre la superficie no es estático y, aunque unos pocos milímetros o centímetros en periodos de uno o pocos años, puede desplazarse por fenómenos geológicos (deriva de placas, elevación postglacial, seísmos..). A efectos prácticos, WGS84 y ETRS89 son equivalentes para la gran mayoría de aplicaciones topográficas o cartográficas. Difieren muy poquito en la excentricidad.

8 8 Fuentes On line: - Instituto Geográfico Nacional. - Centro Nacional de Información Geográfica.. Sobre todo para pedidos. - Servicio Geográfico del Ejército. - Cartesia.