Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 1

Transcripción

1 Cartografía y Teledetección Georreferencia Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 1

2 Definición: Georreferenciar. Proceso de asignar valores de localización a átomos de información. Se refiere a la acción de asignar a un elemento espacial (ej.:punto) una posición determinada de acuerdo a algún sistema de coordenadas conocido. Requerimiento primordial de la Georrefencia es que sea ÚNICA. Para ser más útil, además debe permanecer constante en el tiempo. Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 2

3 Comparación de distintos sistemas de georreferenciación Sistema Dominio de unicidad Métrica Ejemplo Resolución espacial Toponimia Variable No La Pintana, Santiago, Chile Variable por tipo Códigos postales País No SU 1E 6BT (UK) Área de los distritos postales Lat / Long Global Sí W S Infinita UTM Zonas de ancho igual a 6 de longitud (N-S) Si E S Infinita Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 3

4 Mediciones Esféricas (1) Posición sobre la sup. Terrestre: Latitud, Longitud y Altitud sobre el Elipsoide de referencia (Datum). Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 4

5 Mediciones Esféricas (2) Ejemplo: PSAD 56 (WGS 84 World Geodetic System Usado por GPS - Aplicación Global) Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 5

6 Sistemas de Proyección (1) Los mapas son planos y la superficie terrestre es curva. La transformación de un espacio 3D a uno 2D es lo que se conoce como proyección. Esferoide Plano Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 6

7 Sistemas de Proyección (2) Cónicas Cilíndricas Planas Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 7

8 Sistemas de Proyección: UTM Universal Transversal de Mercator (1) El globo se divide en 60 zonas o husos, cada una abarcando 6 de Longitud. Cada zona tiene su meridiano central. Los límites en el eje ordenado se establecen en 84 N y 80 S Sistema secante con líneas (meridianos) de distancia verdadera a ambos lados del meridiano central (180 Km a cada lado). Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 8

9 Sistemas de Proyección: UTM Universal Transversal de Mercator (2) Coordenadas (metros) Meridiano central (X) : m Ecuador (Y) : m Típicamente: 6 dígitos en el eje X 7 dígitos en el eje Y Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 9

10 Conceptos importantes a retener La tierra se modelo como un esferoide (ej.: sólido de revolución de una elipse) Existen diferentes definiciones para el esferoide, que cambian levemente los radios de la tierra. (ej.: Elipsoide internacional de 1924) El Datum define la posición de un esferoide espeífico en el espacio y en consecuencia el nivel de referencia (mar). (ej.: PSAD56 o WGS84) El sistema Lat / Long (Coord. Geográficas) utiliza grados, minutos y segundos para definir posiciones en el espacio 3D de la tierra definida por un esferoide y Datum específicos. Los sistemas de coordenadas proyectadas, como por ejemplo UTM proyectan las coordenadas 3D definidas por un esferoide y Datum específicos a una sistema plano en dos dimensiones (2D). Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 10

11 Interprete las siguientes expresiones PSAD56 UTM 19s WGS84 Lat / Long SAD69 UTM 18s SIRGAS UTM 19s Tarea: indague acerca del sistema SIRGAS!! Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 11

12 Sistemas Satelitales de Navegación Global GPS Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 12

13 Localización, Orientación, Rumbo Son términos que requieren respuestas certeras y oportunas cuando se trabaja en terreno Dónde estoy? hacia dónde está en Norte? Hacia dónde debo caminar? ( estoy perdido?) Problema: establecer una relación correcta entre lo que se ve en los mapas, imágenes o fotos con lo que se ve en terreno es fundamental para validar la información territorial. Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 13

14 Localización, Orientación, Rumbo Los distintos tipos de información deben corresponder territorialmente, de manera que no existan discrepancias o equívocos para que cualquier análisis que se realice tenga resultados aprovechables en la gestión de los recursos. Solución: Instrumentos de Navegación El sistema sensorial humano Brújula Sextante GNSS (Sistemas Satelitales de Navegación Global) Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 14

15 Navegación Satelital Lo que hoy en día existe, es el resultado de una larga historia de refinamientos tecnológicos sucesivos. Como un efecto colateral, los costos y operatividad de los instrumentos, han permitido masificar su uso en actividades muy diversas. Por otra parte las limitaciones de la navegación satelital se están comenzando a resolver con tecnologías anexas. Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 15

16 Navegación Satelital Actualmente ya existen dos sistemas funcionando: GPS norteamericano (más usado) GLONASS ruso En preparación: GALILEO (Europa) COMPASS (China) Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 16

17 GPS, Cómo funciona... La base del GPS es una triangulación desde satélites. Para triangular, un receptor GPS mide distancias utilizando señales de radio que viajan a través del espacio en un tiempo determinado. Para medir el tiempo de recorrido de la señal, el GPS necesita de una sincronización de relojes muy exacta. La incógnita principal que queremos conocer son las coordenadas de la antena GPS (X, Y, Z). (más el tiempo son 4 incógnitas en total) Matemáticamente necesitamos de 4 satélites para poder determinar una posición exacta. Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 17

18 GPS, Cómo funciona... La Solución, 4 satélites... Haciendo mediciones a un cuarto satélite se obtiene un sistema de cuatro ecuaciones, que considera los efectos del error de sincronización de los relojes.. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 18

19 Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 19

20 Sistema GPS (Global Position System) Es un sistema de geolocalización de alta precisión. Permite realizar mediciones en todo el planeta, en todas las condiciones de tiempo y está disponible en forma continua. Su uso es gratuito. Los satélites están a Km. de altitud sobre la superficie de la Tierra, distribuidos en 6 planos orbitales. Tienen un periodo orbital de 11h58m. El sistema GPS permite medir velocidad y tiempo (la hora). Permite que existan receptores con 3 niveles distintos de calidad de las mediciones: Geodesia, Levantamientos Topográficos y Navegación. En mayo del 2000, se le quitó la característica de militar a las señales emitidas con la eliminación de la Disponibilidad Selectiva (SA). Por ahora es el único sistema 100% operacional con cobertura real de acuerdo a las especificaciones de diseño Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 20

21 Sistema GLONASS (Global`naya Navigatsionnaya Sptnikovaya Sistema) Es un sistema de geolocalización de alta precisión muy similar al GPS. Permite realizar mediciones en todo el planeta, en todas las condiciones de tiempo y está disponible en forma casi continua debido a que la constelación no está completa todo el tiempo debido a los recortes presupuestarios de los programas espaciales en Rusia, se espera que el 2010 se solucionen los problemas. Su uso es gratuito. Los satélites orbitan a una altitud de Km. sobre la superficie de la Tierra con un periodo orbital de 11h15m. No existe mucha variedad de receptores como GPS. Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 21

22 Sistema GALILEO (Europa) Es un sistema de geolocalización de alta precisión, muy similar al GPS. Será completamente de uso civil. Recién están comenzando las pruebas de operación del sistema. Será gratuito, pero solo los servicios básicos. Los de mayor calidad serán pagados. Técnicamente promete ser mejor que el GPS (aprovecha toda la experiencia acumulada en los años de operación de este último, especialmente en lo que se refiere al tratamiento de los efectos producidos en el paso de las señales por la atmósfera y la ionósfera). Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 22

23 Sistema COMPASS (China) Será un sistema de geolocalización que está construyendo la República Popular de China. Inicialmente servirá solo en Asia, pero se espera que después del 2010 tenga cobertura global. Consta de satélites geoestacionarios BEIDOU ya en operación y orbitales COMPASS. Será gratuito, pero solo los servicios básicos, los de mayor calidad serán pagados. Su concepto es al contrario que los anteriores sistemas, aquí el terminal terrestre transmite una señal, la que es recibida por todos los satélites, el resultado de la medición es enviada a una estación de control que calcula la posición del móvil y envía de vuelta la posición corregida vía uno de los satélites geoestacionarios. Se estima que la precisión de los servicios gratuitos será de unos 10 metros. Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 23

24 Sistema GPS, componentes principales Segmento Espacial: Constelación de 24 satélites activos y 4 (por diseño) de repuesto para asegurar continuidad y confiabilidad del servicio. Segmento de Control: Centro de operaciones (y red asociada) localizada en tierra, encargado del control y mantención de los satélites. Comunidad de Usuarios: Profesionales, personas naturales e investigadores que utilizan el sistema. Empresas que proveen servicios con aplicaciones topográficas y geodésicas, etc..). Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 24

25 Equipos Geodésicos Equipos RTK Equipos Navegadores Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 25

26 Características de los satélites Vida últil estimada (por diseño y construcción): 7.5 años. Peso: 1860 libras. Referencia interna: Dos relojes atómicos de Rubidio y dos de Cesio. Transmisión: Dos frecuencias portadoras moduladas (serie IIR) con señales derivadas coherentemente de sus referencias internas. Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 26

27 Señales Transmitidas Todas las señales transmitidas por los satélites se derivan de una frecuencia fundamental de 10,23 Mhz generada a bordo. Frecuencia L1 (portadora L1): 1575,42 Mhz, longitud de onda = 19,05 cms. Frecuencia L2 (portadora L2): 1227,60 Mhz, longitud de onda = 24,45 cms. Frecuencia Código P: 10,23 Mhz, longitud de onda = 29,31 m. Frecuencia Código C/A: Mbps, longitud de onda = m. Los códigos sirven fundamentalmente para posicionamientos absolutos y son usados principalmente para navegación. El código C/A ofrece precisiones nominales decamétricas. El P ofrece precisiones nominales métricas. Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 27

28 Fuentes de error en el sistema GPS Errores en el Satélite Incertidumbre en las efemérides (órbitas) Incertidumbre en el modelo de corrección del Reloj Errores en el Receptor Reloj del Receptor Ruido en el Receptor Centro fase antena Errores de Propagación de la señal Retardo Ionosférico Retardo Troposférico Multipath Cycle Slip Errores de Estación Multipath Errores en las coordenadas Instalación Altura de antena Loreto Jaime Solís Hernández Lira P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 28

31 GPS... Los Receptores Los receptores GPS se clasifican según su capacidad y propósito: NAVEGADORES: Habiltualmente utilizan una sola frecuencia y sólo el código C/A, para determinar la posición con unos 5 a 15 metros de precisión (60% del tiempo). Su precio depende de las capacidades accesorias que contengan como memoria, alarmas, mapas, tamaño de pantalla, colores, etc. LEVANTAMIENTO: Algunos utilizan 2 frecuencias agregando la capacidad de conectar distanciómetros para la recolección de datos en terreno desde puntos estratégicos. TOPOGRAFICOS: También llamados Estaciones Totales. Utilizan integradamente instrumentos para medir distancias, ángulos y posiciones. Los más sofisticados utilizan un distanciómetro capaz de rastrear al retroreflector (blanco de medición) a medida que es trasladado en terreno. Utilizan 2 frecuencias de recepción y algunos pocos, utilizan el código P (preciso). GEODESICOS: Los de mayor costo y complejidad de operación. Aprovechan todas las señales (las observables) para entregar mediciones milimétricas. En general no tienen capacidad de recolectar datos en forma práctica en terreno. Su propósito es mantener entregando referencia de puntos fundamentales. Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 31

32 GPS Diferencial (DGPS) Posicionamiento Relativo o Diferencial Elimina el error de los satélites Minimiza los retardos atmosféricos También se puede utilizar en Post-proceso ó Tiempo real, Estático o Cinemático A este método se le conoce también como DGPS, Differential GPS Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 32

33 METODO DIFERENCIAL POST- PROCESO Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 33

34 METODO DIFERENCIAL EN TIEMPO REAL Señal de radio Jaime Hernández P. Sistemas Cartografía Satelitales y Teledetección: Navegación Georreferencia Global: GPS 34

36 Control de Lectura 1. Cuales son los segmentos que componen el Sistema GPS? 2. Qué es Posicionamiento Diferencial (DGPS)? 3. Mencione los tipos de proyecciones para pasar de un sistema 3D o uno plano Jaime Hernández P. Cartografía y Teledetección: Georreferencia 36