UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES PORYECTO CURRICULAR INGENIERIA TOPOGRAFICA

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1 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES PORYECTO CURRICULAR INGENIERIA TOPOGRAFICA INFORME DE PASANTIA: REVISION, DOCUMENTACIÓN, ACTUALIZACIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODULO DE CÁLCULO DE VELOCIDADES DEL SOFTWARE MAGNA SIRGAS PRO 3.0 PRESENTA: ALEJANDRO RODRIGUEZ URREA CODIGO: BOGOTÁ D.C, OCTUBRE DE 2017

2 i UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES PORYECTO CURRICULAR INGENIERIA TOPOGRAFICA (TRABAJO DE GRADO EN LA MODALIDAD DE PASANTÍA PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO TOPOGRÁFICO) INFORME DE PASANTIA: REVISION, DOCUMENTACIÓN, ACTUALIZACIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODULO DE CÁLCULO DE VELOCIDADES DEL SOFTWARE MAGNA SIRGAS PRO 3.0 DIRECTOR INTERNO: ROBINSON QUINTANA PUENTES ING. CATASTRAL MAGISTER EN GEOFÍSICA DIRECTOR EXTERNO: JOSE RICARDO GUEVARA LIMA ING. CATASTRAL MAGISTER EN CALIDAD Y GESTIÓN INTEGRAL BOGOTÁ D.C, OCTUBRE DE 2017

3 ii Tabla de Contenido 1.Introducción Objetivos Objetivo General Objetivos específicos Identificación del problema Metodologia Descripción de Resultados Errores magna pro 3 beta módulo de cálculo de velocidades Métodos y formulas empleadas Cálculos módulo de cálculo de velocidades Cálculos módulo de cambio de época Mejoras del módulo velocidades Punto individual cálculo de velocidades Calculo cambio de época punto individual manual de usuario magna sirgas pro Cumplimiento de objetivo Conclusiones y recomendaciones Bibliografía... 18

4 iii Índice de ilustraciones Ilustración 1 Diagrama metodología Ilustración 2 submenú Ilustración 3 Calculo punto individual Ilustración 4 calculo archivo de puntos Ilustración 5 calculo cambio de época punto individual Ilustración 6 manual Índice de ecuaciones Ecuación 1 IDW... 6 Ecuación 2 longitud + 1s... 6 Ecuación 3 conversión velocidad norte sur a grados... 7 Ecuación 4 conversión velocidad este oeste a grados... 7 Ecuación 5 latitud dentro de un año... 7 Ecuación 6 longitud dentro de un año... 7 Ecuación 7 longitud y latitud inicial convertidas a geocéntricas... 8 Ecuación 8 longitud y latitud dentro de un año convertidas a geocéntricas... 8 Ecuación 9 obtención de velocidades x,y,z... 8 Ecuación 10 años decimales... 9 Ecuación 11 diferencia de tiempo... 9 Ecuación 12 diferencia desplazamiento... 9 Ecuación 13 X, Y, Z final Índice de tablas Tabla 1 comparación vemos 2009 y vemos

5 1 1.Introducción La tierra es dinámica, todo lo que se encuentra dentro de ella también está en constante movimiento y las placas tectónicas no son la excepción, es un movimiento lento, pero sin pausa que causa variaciones a través del tiempo. El Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas (SIRGAS) nos ofrece Modelo de velocidades para sirgas (VEMOS), que dependen del procesamiento las Soluciones Multianuales de SIRGAS-CON, magna sirgas pro 3 beta contiene la solución SIR09P01 referido al ITRF2005 también conocido como VEMOS 2009, hasta el año 2017 sirgas a sacado dos nuevas soluciones SIR11P01(ITRF2008) y SIR15P01 (ITRF2014) es apropiado evaluar cómo estas nuevas soluciones mejoran el procesamiento de los datos obtenidos de sistemas globales de navegación por satélite (GNSS). El Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) en su misión incluye actividades como: producir, investigar, reglamentar, disponer y divulgar la información geográfica, cartográfica, agrológica, catastral, geodésica. El IGAC al ser el ente rector su proceso de reglamentación debe ir acompañado de la investigación y la innovación facilitando a usuarios externos productos de calidad y actualizados. Ya han pasado siete años desde la publicación de la última versión del magna sirgas pro, los usuarios externos y empleados del IGAC han encontrado falencias y errores en el software, por este motivo nace la iniciativa de la actualización del magna sirgas pro 3 beta. En el presente informe almacena la información correspondiente al desarrollo de la actualización del módulo de cálculo de velocidades. Además, es importante aclarar que el aplicativo y manual de usuario se entregan sin garantía explicita y podrán ser modificados según los parámetros que el IGAC considere pertinentes.

6 2 2.Objetivos 2.1. Objetivo General Realizar el análisis y mejora del módulo de cálculo de velocidades del programa MAGNA- SIRGAS PRO, así mismo actualizar el manual de usuario Magna Sirgas Pro 3 Beta para dicho modulo y generar la documentación técnica de las formulas implementadas para el cálculo de las velocidades Objetivos específicos Evaluar la funcionalidad del módulo de cálculo de velocidades generando aspectos de mejora. Corregir y mejorar el módulo de cálculo de velocidades del programa Magna Sirgas Pro 3.0. Realizar un manual de usuario del módulo de cálculo de velocidades para la nueva versión del Software Magna Sirgas Pro 3.0. Generar informes parciales en el trascurso de la pasantía sobre los avances y logros alcanzados.

7 3 3.Identificación del problema Las versiones de magnas sirgas pro fueron desarrolladas en el grupo interno de trabajo Geodesia de la Subdirección de Geografía y Cartografía del Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Tienen como propósito brindar al usuario una herramienta de cobertura nacional para el manejo de coordenadas. En el caso de procesamiento de información GPS considerando la variación de las coordenadas en el tiempo por efectos geodinámicas se dispuso al usuario el módulo de cálculo velocidades. En este módulo se presentan algunas incongruencias las cuales impiden al usuario obtener la información deseada, esto hace perder la confianza del usuario en el software, por lo que, los errores presentes en este módulo deben ser identificados para su oportuna corrección y así recobrar confianza de los usuarios en el software.

8 4 4.Metodologia Analisis Identificación y caracterización de los errores. Interpretación Interpretación del código. Corrección manipulación de código. Validación evolución de resultados Ilustración 1 Diagrama metodología. El proceso inicia con la identificación de errores, en esta etapa se tuvieron una serie de reuniones para la recopilación de las falencias del software, después se realizó la caracterización de los errores, es decir si era un error de cálculo de interfaz. Teniendo calaras las debilidades del software se procedió a la etapa de interpretación del código en el cual se identificaron rutas, formulas y métodos utilizados para la obtención de resultados, el tercer paso fue la manipulación y corrección del código en el cual se eliminan los errores sugeridos en la primera etapas, finalmente se procede a realizar la evolución de resultados en la cual se realizan pruebas para ejecutar el modulo, subir datos y comprobar que los datos sean correctos.

9 5 5.Descripción de Resultados 5.1. Errores magna pro 3 beta módulo de cálculo de velocidades. Tras un proceso de verificación e indagación se encontraros los siguientes errores en la versión Magna Sirgas Pro 3 Beta: Datum Bogotá solicita una altura elipsoidal, innecesario yaqué el sistema es bidimensional. Existe un submenú innecesario para llegar a la opción de cálculo de punto individual y calculo archivo, este submenú se identifica con el nombre de modelo de velocidades para las américa del sur, su origen es una herencia del entorno de Magna Sirgas Pro 2. El cálculo de archivos está limitado CSV, esto genera incomodidad ya que es muy fácil cometer errores con los separadores de listas generando inconvenientes en la carga del archivo. Cuando se agrega una altura elipsoidal los desplazamientos son calculados erróneamente, entre más grande es la altura mayor es la distorsión por eso se debe dejar en 0 la altura para que calcule bien los desplazamientos Métodos y formulas empleadas Cálculos módulo de cálculo de velocidades Distancia inversa ponderada Para interpolar las velocidades entre los cuadrantes de utiliza el método del IDW (Distancia Inversa Ponderada) en este método la calidad del resultado de interpolación puede disminuir si la distribución de los puntos de datos de la muestra es desigual al presentarse los valores

10 6 en una grilla se puede ajustar la ecuación con los cuadrantes permitiendo una distribución homogénea. La distancia inversa pondera se rige por la siguiente ecuación la cual debe ser aplicada dos veces para hallar las velocidades norte-sur y las velocidades este oeste. Ecuación 1 IDW V N = n V i i=1 d i 1 n i=1 d i V E = n V i i=1 d i 1 n i=1 d i Donde: VN: Es la Velocidad norte o sur resultante de la interpolación. VE: Es la Velocidad este u oeste resultante de la interpolación. Vi: Es la Velocidad conocida de la cuadricula. di: Es la distancia geodésica entre los puntos. El segundo procedimiento el cual se debe realizar es el cálculo de la distancia elipsoidal entres las coordenadas las cuales deseamos saber el punto (φ0, λ0) y la coordenada del punto más un segundo en la longitud y con la misma latitud (φ0, λ1) como se aprecia en la ecuación 2. Ecuación 2 longitud + 1s λ1: Es la longitud más un segundo. λ0: Es la longitud del punto. λ 1 = λ

11 7 El tercer procedimiento es convertir los valores del desplazamiento de una distancia a grados con las siguientes ecuaciones: Ecuación 3 conversión velocidad norte sur a grados V Ng = ( (V N d ) 3600 ) VNg: Es el desplazamiento Norte-Sur en grados. VN: Es la Velocidad norte o sur del punto. d: Es la distancia de un segundo. Ecuación 4 conversión velocidad este oeste a grados V E ( (d cos φ V Eg = ( 0 ) ) ) 3600 VEg: Es el desplazamiento Este-Oeste en grados. VE: Es la Velocidad este u oeste del punto. d: Es la distancia de un segundo. φ0: Es la latitud del punto. El cuarto procedimiento es hallar las coordenadas (φ2, λ2) del punto dentro de un año. Para lograr esto se suman los valores de desplazamiento en grados a la latitud y longitud del punto. Ecuación 5 latitud dentro de un año φ 2 = φ 0 + V Ng Ecuación 6 longitud dentro de un año λ 2 = λ 0 + V Eg

12 8 φ2: Es la latitud esperada dentro de un año del punto. λ2: Es la longitud esperada dentro de un año del punto. VNg: Es el desplazamiento Norte-Sur en grados. VEg: Es el desplazamiento Este-Oeste en grados. Finalmente se convierte de longitud y latitud a X, Y, Z. se restan las coordenadas finales a las iniciales y se obtiene como resultado las velocidades de desplazamiento por año para X, Y, Z. Ecuación 7 longitud y latitud inicial convertidas a geocéntricas (φ 0, λ 0 ) = (X 0, Y 0, Z 0 ) Ecuación 8 longitud y latitud dentro de un año convertidas a geocéntricas (φ 2, λ 2 ) = (X 2, Y 2, Z 2 ) Ecuación 9 obtención de velocidades x,y,z V x = X 2 X 0 V y = Y 2 Y 0 V z = Z 2 Z 0 Vx: Es la velocidad en X por año. Vy: Es la velocidad en Y por año. Vz: Es la velocidad en Z por año.

13 Cálculos módulo de cambio de época La metodología para el cambio de época está contenida el documento aspectos prácticos de la adopción del marco geocéntrico nacional de referencia magna -sirgas como datum oficial de Colombia. anexo IV: Procesamiento de información GPS considerando la variación de las coordenadas en el tiempo (velocidades) por efectos geodinámicas. La única diferencia es la cantidad decimales utilizados para el cálculo, el software toma 14 cifras decimales significativas para ejecutar las operaciones. a continuación, se presenta un listado de variables y fórmulas que utiliza el software para la obtención de resultados: Ecuación 10 años decimales T 1 = Año 1 + Dia T 2 = Año 2 + Dia T1: Es la época inicial. T2: Es la época final. Ecuación 11 diferencia de tiempo T = T 2 T 1 T: Es la diferencia entre las dos épocas. Ecuación 12 diferencia desplazamiento X = V x T Y = V Y T Z = V z T

14 10 X, Y, Z: Es el desplazamiento ocurrido entre el lapso de tiempo que separa las dos épocas. T: Es la diferencia entre las dos épocas. VX, VY, VZ: Es la velocidad en x, y, z por año. Ecuación 13 X, Y, Z final X 2 = X 1 ± X Y 2 = Y 1 ± Y Z 2 = Z 1 ± Z X2, Y2, Z2: Son las coordenadas geocéntricas del punto en la época final. X1, Y1, Z1: Son las coordenadas geocéntricas del punto en la época inicial. X, Y, Z: Es el desplazamiento ocurrido entre el lapso de tiempo que separa las dos épocas Mejoras del módulo velocidades. Ilustración 2 submenú Se eliminó el submenú heredado de magna sirgas pro 2, ya se puede acceder efectivamente a las opciones del módulo en la parte izquierda de la ilustración 2 se ve la ruta en el magna sirgas pro 3 y en la parte derecha se ve la ruta en el magna pro 4.

15 Punto individual cálculo de velocidades El modelo actual de velocidades para SIRGAS (VEMOS2015) fue calculado a partir de mediciones GNSS (GPS+GLONASS) registradas después de los fuertes terremotos ocurridos en Chile y México en (SIRGAS, 2017), este modelo tiene variaciones significativas con el (VEMOS 2009) en la tabla 1 se evidencia las variaciones tomando como referencia una latitud de 4 grados y desplazándose por diferentes longitudes. Tabla 1 comparación vemos 2009 y vemos 2015 vemos 2009 vemos 2015 Latitud Longitud VN_VS VW_VE Latitud Longitud VN_VS VW_VE En la versión magna sirgas pro 4 se integraron ambos modelos para el cálculo de velocidades como se evidencia en la ilustración 3 resaltado en el cuadro naranja, se corrigió el error en el cual las alturas eran alteradas por la inclusión de una altura elipsoidal como se aprecia en los recuadros de color rojo y finalmente en el recuadro verde se ve como se deshabilita la opción de este-oeste para solo oeste ya que Colombia no tiene longitudes este.

16 12 Ilustración 3 Calculo punto individual También para los orígenes cartesianos se emplea un nuevo menú de búsqueda que filtra por departamento, municipio y origen cartesiano disponible. Además, se implementa una nueva distribución de botones que facilita la interacción con el usuario Calculo archivo de puntos Ilustración 4 calculo archivo de puntos

17 13 En la ilustración 4 vemos en el recuerdo rojo en la parte derecha de la imagen los nuevos formatos habilitados para subir los activos de puntos, el recuadro verde muestra los nuevos separadores de columna y decimales por defecto que son el punto y la coma, debido a que el separador de espacio en blanco generaba inconvenientes al momento de subir archivos. Además, se eliminó la obligatoriedad de ingresar una altura ya que la programación no la usa para el cálculo, también, se dejó el nuevo sistema de búsqueda de origen cartesiano y una nueva distribución ce los botones en el panel Calculo cambio de época punto individual Ilustración 5 calculo cambio de época punto individual

18 14 Este módulo tiene habilitado las trasformaciones coordenadas permitiendo gran variedad de resultados, también viene habilitado con la selección de los dos modelos de velocidades y el nuevo menú de búsqueda de orígenes cartesianos. Permite ir de una época mayor a una menor y viceversa, aumenta la presión de la conversión ya que no posee redondeos en el cálculo solo en la salida visual, pero es una buena aproximación para trabajos topográficos Manual de usuario magna sirgas pro 4 Ilustración 6 manual El manual contiene la información necesaria y los pasos para la correcta ejecución de los módulos.

19 15 6.Cumplimiento de objetivos Los objetivos propuestos fueron desarrollados a lo largo de las semanas de trabajo, se tiene sustento en la entrega de pre informes y múltiples reuniones para la socialización de avances, corrigieron la mayoría de errores presentes en el magna sirgas pro 3 beta y se implementó un nuevo módulo el cual debe seguir en desarrollo para poder llegar al nivel de poder subir archivos como se hace en los demás módulos. Los objetivos alcanzados fuero: evolución del módulo de cálculo de velocidad se identificaron los errores los cuales posterior mente se corrigieron, se describió los procesos que realiza el software para el cálculo de la velocidad, se validó la funcionalidad del módulo de cambio de época para punto individual, se realizaron los informes parciales de avances.

20 16 7.Conclusiones y recomendaciones Las versiones de Magna sirgas pro siempre han sido de fácil portabilidad, además, no depende del acceso a internet ni de un hardware robusto, permitiendo al usuario externo una disponibilidad permanente, es software que crese con el ritmo de la misión y visión del IGAC, por eso es un producto que cambiara con el pasar de los años ofreciendo al usuario externo nuevas ventajas y datos confiables. Es preciso tener en cuenta que la actividad sísmica altera las proyecciones de las velocidades, a un no se sabe cómo afectaran las proyecciones los terremotos que sucedieron el 7 de septiembre de 2017 en Chiapas México, de magnitud 8,2 y en puebla México el 19 de septiembre, de magnitud 7,1. Suponiendo que no se presente ningún evento sísmico de importancia para 2019 tendríamos una solución multianual de sirgas-con ya que es preciso tener intervalos de tomas de datos de mínimo dos años para que los ajustes del modelo sean factibles. Posterior a la completa implementación del módulo de cambio de época es necesario la eliminación del módulo de cálculo de velocidades para evitar errores de redundancia de información. Fue gratificante el proceso de la pasantía en la medida de poder aplicar distintos conocimientos aprendidos a lo largo de la carrera de ingeniería topográfica como la programación orientada a objetos y elementos de la geodesia, en una dinámica de autodescubrimiento permitiendo el fortalecimiento y afianzamiento de estos conocimientos para dejar al servicio del GIT de geodesia los resultados del trabajo realizado en la pasantía.

21 17 El GIT de geodesia podría considerar la integración de carreras con contenidos temáticos más fuertes orientados a la programación para realizar trabajo cooperativo con carreras afines a los propósitos misiónales del IGAC y así aumentar la productividad para obtener mejores resultados.

22 18 8.Bibliografía Claudio Brunini, L. S. (16 de 09 de 2010). El Sistema de Referencia Geoc El Sistema de Referencia Geocéntrico para las Am ntrico para las Américas. Obtenido de El Sistema de Referencia Geoc El Sistema de Referencia Geocéntrico para las Am ntrico para las Américas: Geomatica_Costa_Rica_Sept_2010.pdf IERS. (13 de 07 de 2017). international earth rotation and reference systems service. Obtenido de IGAC. (12 de 08 de 2017). Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Obtenido de Instituto Geográfico Agustín Codazzi: QGIS. (25 de 07 de 2017). Documentacion de qgis. Obtenido de Documentacion de qgis: ion.html Sánchez, L. (1 de 09 de 2009). Disponibilidad y difusi Disponibilidad y difusión de los n de los. Obtenido de Disponibilidad y difusi Disponibilidad y difusión de los n de los: GAS_2009.pdf SIRGAS. (20 de 07 de 2017). Modelo de velocidades para SIRGAS: VEMOS. Obtenido de Modelo de velocidades para SIRGAS: VEMOS: SIRGAS. (20 de 09 de 2017). SIRGAS. Obtenido de SIRGAS: SIRGAS. (26 de 08 de 2017). Soluciones Multianuales de SIRGAS-CON. Obtenido de Soluciones Multianuales de SIRGAS-CON: