CLASES PREPARADAS PARA EL POSTGRADO EN GESTION DE RIESGOS SOCIONATURALES SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO GLOBAL G.P.S TEORIA Y PRACTICA

Transcripción

1 CLASES PREPARADAS PARA EL POSTGRADO EN GESTION DE RIESGOS SOCIONATURALES SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO GLOBAL G.P.S TEORIA Y PRACTICA Geog. Nerio Ramírez

2 G.P.S.

3 G.P.S Global Positioning System (Sistema de posicionamiento global). Este es un sistema de medición basado en la observación de señales de radio emitidas por un conjunto de satélites llamados NAVSTAR (Navigation Satelite Time and Ranging) y captados por una antena en el punto a localizar sobre la superficie de la tierra.

4 UNA BREVE HISTÓRIA DEL SISTEMA GPS GPS - SISTEMA DE RADIONAVEGACION DESENVOLVIDO POR EL DEPARTAMENTO DE DEFENSA DE LOS EEUU PARA ATENDER LAS NECESIDADES DE LAS FUERZAS ARMADAS AMERICANAS EN EL NECESARIO POSICIONAMIENTO DE OBJETOS MILITARES. EL PRIMER SISTEMA DE NAVEGACION POR SATÉLITE FUE EL TRANSIT, PUESTO EN OPERACION POR LOS EUA EN 1960, EL CUAL SE UTILIZABA UN EFECTO DOPPLER PARA DETERMINAR LAS COORDENADAS. EN 1974 OCURRE EL LANZAMIENTO DE UN SISTEMA DE POSICIONAMIENTO MILITAR EN RÚSSIA CON SATÉLITES PARUS, SEGUIDO EN 1976 DE LOS SATÉLITES TSIKADA CRONOLOGIA: GPS 1978 PRIMEROS SATÉLITES; GLONASS DE 1981 HASTA SATÉLITES FUERON LANZADOS; GALILEO 2005 GIOVE-A; COMPASS DOS SATÉLITES TESTE EN EL INÍCIO DE ATUALMENTE SE ENCUENTRAN DISPONIBLES EM EL MUNDO LOS SIGUIENTES SISTEMAS: GPS, GLONASS, OMPASS Y GALILEO.

5 Adquisición del conjunto de datos georeferenciados Campos de aplicación Transporte Infraestructura Catastro Recursos naturales Agricultura Recreación GPS

6 G.P.S. Componentes del sistema GPS satélites receptor portátil estación fija Señal de satélite disponible señales ininterrumpidas (24hrs/día) Capacidad del sistema posicionamiento efectivo en cualquier punto en la superficie de la tierra

7 DESPLIEGUE DE LA CONSTELACIÓN 24 satélites 6 planos de órbita 55 grados de inclinación (relativa al Ecuador) km altura promedio de la órbita Medio día sideral para completar la órbita (aprox. 12 hrs)

8 Datos de satelite sin procesar sin correción de errores datos del satelite con correcciones de errores Receptor GPS Receptor de referencia GPS correcciones

9 LEVANTAMIENTO TERRESTRE: ES EL CONJUNTO DE OPERACIONES NECESARIAS PARA LA DETERMINACION DE LA FORMA, POSICION DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO. ESTE CONJUNTO INTEGRA: LEVANTAMIENTOS PLANIALTIMÉTRICOS, PLANIMÉTRICOS O ALTIMÉTRICOS REALIZADOS POR MEDIO DE LA TOPOGRAFIA CLÁSICA, ASTRONOMIA DE POSICION Y SISTEMAS DE SATÉLITES PARA POSICIONAMIENTO. DESTAQUESE LA TÉCNICA DE POSICIONAMIENTO POR SATÉLITE GNSS QUE CONGREGA LOS SISTEMAS: GPS, GLONASS, COMPASS e GALILEO.

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11 VENTAJAS DEL SISTEMA - GNSS DISPENSA LA INTERVISIBILIDAD DE ESTACIONES; PERMITE ESTABLECER BASES MAS LARGAS; ATIENDE GRAN PARTE DE LAS NORMAS TÉCNICAS (INCRA; IBGE; ABNT); AUTOMATIZACION EN LA RECOLETA Y PROCESAMIENTO DE LOS DATOS; TRANSPORTE PLANIALTIMÉTRICO SIMULTANEO; REQUIERE POCA INFRAESTRUCTURA PARA OPERAR;

12 DESVANTAJAS DEL SISTEMA GNSS OBSTÁCULOS PARA RECEPCIÓN DE LAS SEÑALES COBERTURA FORESTAL EN TÚNELES, MINAS. SOBRE GRANDES ESTRUCTURAS EN ÁREAS URBANAS MUCHO MAS DENSAS REFLEXIÓN DE LA SEÑAL DEBIDO A OBSTÁCULOS PRÓXIMOS A LA ANTENA DÍA Y HORA DE LA OBSERVACIÓN ALTITUD GEOMÉTRICA

13 System WAAS Sistemas que aumentan las potencialidades del GPS Global Navigation Satellite System (GNSS)

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15 MODELOS DE REPRESENTACION DE LA SUPERFICIE DE LA TIERRA Forma esférica Forma de la superfície física Forma elipsoidal forma aproximada forma física forma geométrica difícil modelaje se ajusta mejor a la forma física

16 Comparación entre mapas de espesores del subsuelo obtenidos por datos gravimétricos de satélites y datos en tierra en la cuenca Guarenas y Guatire, estado Miranda-Venezuela

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24 ESPECIFICACION DEL SISTEMA GPS Y GLONASS ALTITUD DE LOS SATÉLITES: Km km INCLINACION DE ÓRBITA: 55 o 64.8 o CANTIDAD DE SATÉLITES : EL MÍNIMO DE SATÉLITES VISIBLES: 04/06 05/03 FRECUENCIAS DE TRANSMISIÓN FRECUENCIA L MHZ MHZ FRECUENCIA L MHZ MHZ SISTEMA DE REFERENCIA WGS-84 PZ-90 EL SISTEMA CHINO INTEGRA TAMBIEN, EN SU ARQUITECTURA, SATÉLITES ESTACIONARIOS

25 PRODUCTOS G.P.S. EL PRODUCTO OBTENIDO POR MEDIO DEL GPS, A EJEMPLO DE LOS OTROS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO GLOBAL, SON COORDENADAS PLANIMÉTRICA Y ALTIMÉTRICAS DE OBJETOS FIJOS O MOVILES. ÁREA, DIRECCION (AZIMUTE O RUMBO), PERÍMETRO, VELOCIDAD, TIEMPO DE LLEGADA A UN DESTINO, POR EJEMPLO, SON PRODUCTOS CALCULADOS A PARTIR DE LA INFORMACION BÁSICA, OBTENIDA POR EL SISTEMA GPS. LAS COORDENADAS PUEDE SER TOMADAS Y PRESENTADAS DE LA SIGUIENTE FORMA: TIPO FORMATO SISTEMAS DE REFERENCIA COORDENADAS GEOGRÁFICAS GG.GGGGGGGG TIERRA ESFÉRICA GEODÉSICAS GG MM.MMMM TIERRA ELIPSOIDAL DE PROYECCION GG MM SS.SSS PLANO DE PROYECCION (POR EJEMPLO UTM) CARTESIANAS MÉTRICO PLANO TOPOGRÁFICO

26 APLICACIONES DE LOS PUNTOS PUNTOS APOYO BÁSICO ORTORETIFICACION DE IMAGENES APOYO SUPLEMENTARIO RESTITUCION AEROFOTOGRAMÉTRICA APOYO O CONTROL H GEOREFERENCIACION APOYO O CONTROL V NAVEGACION APOYO O CONTROL H + V O HV OBRAS CIVILES,,,,,,,,,,, WAYPOINTS

27 QUÉ ES UN S.I.G.?

28 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO CADA SATÉLITE TRANSMITE AL RECEPTOR EN TIERRA, SUS COORDENADAS SIENDO CADA UNO DE ELLOS EL CENTRO DE UNA ESFERA DE RADIO R. s2 s1 d2 s3 s4 d1 d3 d4 O i d i las distancias entre satélites y receptor, es decir el radio R de la esfera que tiene por centro el satélite.

29 De esta manera: ADQUIRIENDO EL DATO d3 d2 d1 d = t x Vp d4 COORDENADAS DE LOS SATÉLITES SON CONOCIDAS

30 RETOMANDO

31 Sistema de Posicionamiento Global GPS El Sistema NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging) - [Satélite de Navegación, Cronometría y Distanciometría]). Es un Sistema de satélites desarrollado en principio por los Estados Unidos para satisfacer las necesidades de posicionamiento y navegación de la armada y el ejército norteamericano, y bajo algunas limitaciones puede ser usado además por civiles de todo el mundo que disponga de un equipo receptor adecuado. En la actualidad existen otros Sistemas de Posicionamiento que funcionan con el mismo diseño del GPS. Existe un gran interés por parte del mundo civil, profesional y científico por esta tecnología. Los Sistemas de Posicionamiento están conformados por un: Segmento Espacial Segmento Control Segmento Usuario (Comprende el receptor GPS colocado en el mercado)

32 El Sistema NAVSTAR Red de satélites GPS Segmento Espacial: Red de 24 satélites Altitud aprox km 6 órbitas diferentes Periodo orbital de 12 horas ESPACIAL: CONJUNTO DE TODOS LOS SATÉLITES DEDICADOS A OPERACIONES DEL SISTEMA Sistema de Navegación Satelital

33 Segmento Control Su función es Monitorear, controlar, recibir y transmitir información satelital. Cinco estaciones de Control Segmento Usuario

34 CLASIFICACION DE RECEPTORES G.P.S. CARTOGRAFICO NAVEGADORES TOPOGRAFIA MONO FRECUENCIA GEODESICOS DOBLE FRECUENCIA

35 SISTEMAS O ESTACIONES GPS

36 GPS Y MANEJADORES DE DATOS

37 RED GEODESICA

38 LOS TRES SEGMENTOS DEL SISTEMA ESPACIAL : CONJUNTO DE TODOS LOS SATÉLITES DEDICADOS A OPERACIONES DEL SISTEMA. USUÁRIO: CONJUNTO DE RECEPTORES QUE EL SISTEMA DISPONE PARA LA DETERMINACION DE POSICIONES, ESTÁTICAS O CINEMÁTICAS, DE OBJETOS DE DIFERENTES NATURALEZAS. TERRESTRE: CONJUNTO DE ESTACIONES TERRESTRES DISTRIBUÍDAS EN LA SUPERFÍCIE DE LA TIERRA QUE TIENEN COMO OBJETIVO EL CONTROL DE LA POSICION DE LAS ORBITAS DE CADA SATÉLITE DEL SISTEMA

39 TIPOS DE EQUIPAMIENTOS CÓDIGO CA >>>> NAVEGACION, EXPLORACION Y ENTRETENIMIENTO L1 (PARA UNA FRECUENCIA ) >>>> NAVEGACION, TOPOGRAFIA Y APLICACIONES AFINES. L1 E L2 ( PARA DOS FRECUENCIAS ) >>>> TOPOGRAFIA Y GEODÉSIA

40 TIPOS DE EQUIPAMIENTOS

41 RECEPTORES GPS GARMIN NAVEGACION Y ENTRETENIMIENTO ETREX 2-MAP176C 3-12;12xl;45X 4-II; III; Plus XL 5 6

42 RECEPTORES GPS ASHTECH GEODÉSIA Y TOPOGRAFIA 1 - Antena para GPS geodésico 2 - Locus 3 - ProMark X 4 - ProMark X-CM 5-ProMark

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44 ALGUNAS MARCAS, MODELOS Y TIPOS DE GPS

45 FUENTES DE ERRORES EN LA DETERMINACION DE COORDENADAS 1. DEL SISTEMA: ORBITA DEL SATÉLITE RELOJES DE LOS SATÉLITES Y RECEPTORES DATOS LOS PUNTOS DE REFERENCIA REFRACION HARDWARE (RECEPTOR Y ANTENA) 2. DEL OPERADOR: IDENTIFICACION CORRECTA DE LA POSICION DE PUNTOS CENTRADO DEL EQUIPO (ANTENA) NIVELACION DEL TRIPÉ O BASTON QUE FIJA EL EQUIPO (ANTENA) CONFIGURACION INDEVIDA DEL EQUIPO 3. OTRAS VARIABLES: SEÑALES REFLECTIDAS PERDIDA DE CICLOS PERÍODO DE OBSERVACION ATMOSFERA...

46 ERRORES EN LA COLETA DE LOS DATOS

47 PRECISION VS. EXACTITUD PRECISION EXACTITUD

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50 TÉCNICAS DE POSICIONAMIENTO >> ABSOLUTO: MENOS PRECISO EXIGE SOLAMENTE UN RECEPTOR >> DIFERENCIAL: PRECISION CON VALORES SUBMÉTRICOS EXIGE DOS RECEPTORES O UNA ESTACION ENVIANDO EN TIEMPO REAL LAS CORRECIONES PARA EL RECEPTOR QUE SE ENCUNTRA LEVANTANDO LAS POSICIONES DE INTERES. >> RELATIVO: PRECICION SUPERIOR A LA DIFERENCIAL VALORES MILIMÉTRICOS EXIGE EL MÍNIMO DE DOS RECEPTORES O UNA ESTACION REMOTA, TIPO RBMC, QUE SIRVA DE PUNTO BASE PARA EFECTUAR LAS CORRECIONES DE LA POSICION DE INTERES. >> ESTÁTICO, CINEMÁTICO Y SEMI CINEMÁTICO; >> TIEMPO REAL O POST PROCESAMIENTO; >> RTK (REAL TIME KINEMATIC)....

51 DETERMINACION DE ALTITUDES

52 SOFTWARE ESTE TIPO DE PROGRAMA PUEDE SER INSTALADO A PARTIR DE LA PÁGINA DEL IBGE IBGE.GOV.BR 1- ABRA LA PÁGINA 2 - CLIQUE EN DOWNLOADS 3 - CLIQUE EN GEOCIENCIAS 4 - CLIQUE EN PROGRAMAS 5 - CLIQUE EN SISTEMA DE INTERPOLACION ONDULACION GEOIDAL 6 SALVE Y DESPUES INSTALE...

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54 DOPs - CONSTELACION DOP DOP

55 AL VERIFICAR EL RESULTADO OBTENIDO ANALIZAR EL DOP ESCOGIENDO EL MEJOR MOMENTO MALA CON LAS CONSTELACIONES BUENA CON LOS OBSTÁCULOS EN EL HORIZONTE DE LA ANTENA

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60 MAPA DE OBSTÁCULOS N w E S

61 DIRECCIÓN DE LAS FOTOS FOTOGRAFIANDO LAS DIRECCIONES N; L; S E W N E S

62 FOTO, CROQUIS Y DESCRIPTIVO DE UN PUNTO EL PUNTO B9-01A ESTÁ LOCALIZADO EN LA MARGEN DERECHA DE LA VIA DIAGONAL A, SENTIDO HACIA ABAJO A 150 M DEL,.. SIN NINGUN OBSTÁCULO. FOTO N EL PUNTO SE ENCUENTRA MATEARELIZADO POR UN PIQUETE DE MADERA COLOR CON SU RESPECTIVA NUMERACION EN UN PILOTE DE CONCRETO PARA SU REGISTRO

63 EQUIPO TECNICO Y MATERIALES PUNTOS MATERIALIZADOS

64 PUNTOS MONUMENTADOS

65 RECEPTORES GPS SOKKIA MODELO STRATUS SOKKIA MODELO 1600 TOPCON HIPE MARCH II CORVALLIS

66 SOKKIA STRATUS L1

67 A CONFIGURAÇÃO DESTE RECEPTOR É FEITA POR MEIO DE UM PALM TOP, PC OU CONTROLADORA ESPECÍFICA

68 March II L1 Topcon hipe L1L2

69 PROCESAMIENTO CONFIGURACIONES 1 - SISTEMA DE REFERENCIA 2 - HUSO HORARIO 3 - SISTEMA DE COORDENADAS 4 - DOP 5 - MÁSCARA DE ELEVACIÓN 6 - OBSTACULOS 7 - EL PUNTO QUE SERÁ BASE Y LOS QUE SERAN MÓVILES 8 - COORDENADAS DEL PUNTO BASE X; Y e Z ( Z GEOMÉTRICO ) 9 - ALTURA Y MODELO DE LA ANTENA / PUNTO 10 - TIPO DE SOLUCIÓN ( CÓDIGO; FASE; AUTOMÁTICA ) 11- AJUSTE ( NIVEL DE CONFIANZA ) 12 - NÚMERO DE SATÉLITES: (DEFINIR, REMOVER O INSERIR SATÉLITES) 13 PROYECCIÓN

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72 PÁGINA INICIAL F N EPE GOTO ON OFF PAG MARK E QUIT ENTER EPE-PRECISÃO HORIZONTAL

73 TECLAS DE OPERACION PAGINA INICIAL-CONTINUACION ADQUIRINDO EPE GOTO F N PAG ON OFF MARK E QUIT ENTER ACQUIRING: RECEPTOR COLETA DADOS MAS NÃO SUFICIENTE PARA DETERMINAR UMA POSIÇÃO EM 2D 2D: O RECPTOR CONSEGUE RASTREAR MÍNIMO DE 3 SATÉLITES COM BOA GEOMETIRA 3D: O RECEPTOR CONSEGUE RASTREAR O MÍNIMO DE 4 SATELITES E

74 PÁGINA MENU WAY POINT WAYPOINT LIST NEAREST WPTS ROUTES DIST AND SUM MENSAGES SETUP MENU FIND CITY ALARME SETUP Arrival: Auto Off On 0.0 km CDI Alarm: On 0.0 km SYSTEM NAVIGATION ALARME INTERFACE LANGUAGE MODE NORMAL SIMULAÇÃO... DATE 11 OCT 02 TIME 16:29:35 OFFSET -03:00 HOURS 24 CONTRAST LIGHT: 15 SEC TONE MSG KEY POSITION FRMT hddd o mm ss.s UTM / UPS... MAP DATUM WGS 84 Sth Amrcn CDI: +_ 0.25 UNITS: METRIC NAUTICAL... HEADING TRUE MAGNETIC... DEGREES

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