INTEGRACIÓN DE SISTEMAS INS/GPS APLICADOS A LA FOTOGRAMTERÍA Guía de Aprendizaje Información al estudiante 1. Datos Descriptivos ASIGNATURA INTEGRACIÓN DE SISTEMAS INS/GPS APLICADOS A LA FOTOGRAMTERÍA MATERIA FOTOGRAMETRÍA Y TELEDETECCIÓN CRÉDITOS ECTS 4,5 CURSO PRIMERO ITINERARIO COMÚN PARA LOS ITINERARIOS POSIBLES CURSO ACÁDEMICO 2014 15 SEMESTRE PRIMERO IDIOMA (1) ESPAÑOL 2. Profesorado PROFESORADO NOMBRE Y APELLIDOS DESPACHO CORREO ELÉCTRONICO ANDRÉS DÍEZ GALILEA 435 andres.diez@upm.es 3. Conocimientos previos requeridos para poder seguir con normalidad la asignatura CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS PARA CURSAR LA ASIGNATURA ASIGNATURAS CURSADAS NO APLICABLE ASIGNATURAS SUPERADAS NO APLICABLE CONOCIMIENTOS NECESARIOS FOTOGRAMETRÍA ANALÍTICA Y DIGITAL. FUNDAMENTOS SISTEMA GPS
3. Objetivos de Aprendizaje COMPETENCIAS Y NIVEL ASIGNADOS A LA ASIGNATURA CÓDIGO COMPETENCIA NIVEL C.G.1 Aplicación de los conocimientos adquiridos y capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más alto amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio. C.G.3 Comunicar conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y alto sin ambigüedades. C.G.7 Creatividad alto C.G.13 Capacidad en la toma de decisiones en condiciones desfavorables. Resolución de problemas. alto C.G.15 Aplicación de los conocimientos adquiridos y capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más alto amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio. C.G.18 Conocimiento de la metodología de investigación y de difusión de resultados. alto C.G.19 Capacidad de trabajo en equipo y uso de las TIC aplicadas a los procesos de investigación en equipo y de comunicación social. alto C.G.20 Búsqueda bibliográfica y análisis de documentación. alto C.E.1 C.E.2 Definir el modelo de integración de la información procedente de los sistemas INS/GNSS. Valorar la gestión de la información proporcionada por los sensores, usando un filtro Kalman, en función de su adaptación dinámica y precisión para la navegación en tiempo real. Proyectar un levantamiento fotogramétrico como solución de la posición y navegación en tiempo real para la orientación externa directa de los sensores Aplicación Aplicación CÓDIGO RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 RA6 RA7 RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Identificar la diferencia entre los modelos dinámicos y cinemáticos e identificación de los observables y sistemas adecuados para el modelo cinemático. Conocer los sistemas de coordenadas de referencia y transformaciones entre ellos. Aplicar los modelos de la matriz de rotación utilizando DCM, ángulos de Euler y cuaterniones. Interpretar las ecuaciones del movimiento lineal en el sistema inercial, terrestre y navegación. Integrar el sistema de navegación inercial (INS)en los sistemas de coordenadas de referencia terrestres y de navegación. Conocer la propagación de errores en los sistemas inerciales (INS), terrestre y navegación usando modelos lineales. Aplicar el algoritmo del filtro Kalman para el problema del GPS con ayuda del sistema de navegación inercial. Conocer y aplicar la integración INS/GPS en la obtención de la orientación externa directa e indirecta de los sensores para el caso fotogramétrico.
5. Sistema de evaluación de la asignatura Referencia T1_1 T1_2 T2_1 T2_2 T2_3 T2_4 T3_1 T3_2 EVALUACIÓN Indicador de logro I_1._Distinguir entre los diferentes sistemas de coordenadas implicados en la navegación de un vehículo y que permiten determinar la posición de los sensores con respecto a sus respectivos marcos. I_2. Definir los modelos matemáticos que relacionan los diferentes sistemas de coordenadas y calcular los parámetros de transformación entre los marcos objeto de estudio. I_3. Conocer la información técnica necesaria para comprender y utilizar el GPS en un sistema de navegación en tiempo real. I_4. Identificar, seleccionar y procesar la información GPS según el método y precisón requerida. I_5. Conocer las fuentes de error y su influencia en el procesamiento final de los datos GPS. I_6. Identificar los métodos, tecnica de procesamiento de datos y precisiones obtenidas. I_7. Conocer la arquitectura de la unidad de medida inercial, así como las especificaciones técnicas de los distintos sensores (acelerómetros y girróscopos) I_8. Identificar las ecuaciones de navegación en función del tipo de montaje, así como las fuentes de error que se derivan en cada caso. Relacionado con R.A. RA2, RA4 y RA7 RA2, RA4 y RA7 RA1 RA1 RA1 RA1 y RA7 RA2, RA3, RA4 y RA5 RA3, RA4 y RA5 T4_1 I_9. RA4 y RA5 T4_2 I_10. RA4 y RA5 T5_1 T5_2 T5_3 T5_4 T6_1 T6_2 T6_3 T6_4 I_11. Conocer el algoritmo matemático que permite optimizar la información proviniente de los 2 sensores GPS e INS. I_12. Conocer los distintos métodos de integración de la información proviniente de los sensores GPS e INS. I_13. Conocer el protocolo y flujo de datos en un tratamiento descentralizado de la información de los sensores. I_14. Conocer el protocolo y flujo de datos en un tratamiento centralizado de la información de los sensores. I_15. Conocer los modelos matemáticos que definen la geometría de intersecciones en el espacio, tanto de un haz como de un bloque de haces. I_16. Conocer la orientación externa de un bloque de haces por métodos clásicos de orientación indirecta utilizando o no la información proviniente de los sensores GPS e INS. I17. Conocer las posibilidades de la orientación directa de un bloque de haces mediante la integración de la información GPS e INS. I_18. valorar las distintas posibilidades que ofrecen las técnicas clásicas de orientación frente a la tendencia actual de integración de información GPS e INS. RA6 RA6 RA6 y RA7 RA6 y RA7 RA2 y RA7 RA2, RA6 y RA7 RA6 y RA7 RA7
EVALUACIÓN Breve descripción de las actividades evaluables Lugar Ponderación Realización de una prueba de conocimientos de contenidos de respuestas largas y/o breves, al finalizar el curso completo. Realización de ejercicios prácticos con programa informático al finalizar las unidades didácticas que conlleven desarrollo de problemas o práctico. Presentación de ejercicios propuestos como trabajo autónomo del alumno. Fecha (Aproximada) Aula 40% 16ª semana Laboratorio 40% Fuera del aula 3ª, 6ª, 13ª y 16ª semanas. 20% Discrecional CRITERIOS DE CALIFICACIÓN Todas las actividades evaluables especificadas en la tabla del apartado anterior 8evaluación sumativa) son de carácter obligatorio. La nota de la asignatura se calcula según los pesos fijados en dicha tabal. Se considera superada la asigantura con una nota mayor o igual a 5 sobre 10. Las fechas de publicación de notas y revisión se notificará en el momento de la correspondiente prueba. Se realizarán prueba s objetivas y entregas de ejercicio. Las fechas y turnos concretos para la realización de los ejercicios con software específico, se publicarán en el aula virtual o en la pagina web del grupo, en caso de existir. En la convocatoria exytraordinaria de Junio se realizará un único examen de toda la asignatura.
6. Contenidos y Actividades de Aprendizaje TEMA / CAPÍTULO Tema 1: Sistemas de coordenadas y transformaciones Tema 2: Sistema de navegación GPS Tema 3:Principios de la Navegación Inercial Tema 4: Modelos de error en el INS Tema 5: Integración INS/GPS GLONASS Tema 6:Técnicas Fotogramétricas CONTENIDOS TEMARIO T1_1: Definición de los sistemas de coordenadas T1_2: Transformación de coordenadas T2_1: Introducción y principios del GPS T2_2: Observables GPS T2_3: Fuentes de error GPS T2_4: Posicionamiento cinemático T3_1: Unidad de Medida Inercial (IMU) T3_2: Sistema de Navegación Inercial (INS) T4_1: Modelo de error estocástico T4_2: Modelo de error dinámico T5_1: Filtros Kalman T5_2: Modos de integración T5_3: Integración descentralizada T5_4: Integración centralizada T6_1: Modelos matemáticos T6_2: Orientación externa indirecta (OEI) T6_3: Orientación externa directa (OED) T6_4:Estudio comparativo OEI vs OED INDICADORES / RELACIONADOS (Objetivos específicos) I_1 7. Breve descripción de las modalidades organizativas utilizadas y de los métodos de enseñanza empleados MODALIDADES ORGANIZATIVAS UTILIZADAS Y MÉTODOS DE ENSEÑANZA EMPLEADOS (breve descripción) I_2 I_3 I_4 I_5 I_6 I_7 I_8 I_9 I_10 I_11 I_12 I_13 I_14 I_15 I_16 I_17 I_18 CLASES DE TEORÍA CLASE DE PROBLEMAS TRABAJO AUTONOMO TRABAJO EN GRUPO TUTORÍAS Durante una clase de teoría o lección magistral, el profesor realiza una exposición verbal de los contenidos sobre la materia objeto de estudio, mediante la cual suministra a los alumnos información esencial y organizada procedente de diversas fuentes con unos objetivos específicos predefinidos (motivar al alumno, exponer los contenidos sobre un tema, explicar conocimientos, efectuar demostraciones teóricas, presentar experiencias, etc.) pudiendo utilizar para ello, además de la exposición oral, otros recursos didácticos (audiovisuales, documentos, etc). Este método de enseñanza se utiliza como complemento de la clase de teoría (lección magistral) y se basa en solicitar a los estudiantes que desarrollen las soluciones adecuadas o correctas mediante la ejercitación de rutinas, la aplicación de fórmulas o algoritmos, la aplicación de procedimientos de transformación de la información disponible y la interpretación de los resultados. La intención principal es la de aplicar lo ya aprendido para favorecer la comprensión tanto de la importancia como del contenido de un nuevo tema, afianzar conocimientos y estrategias y su aplicación en las situaciones prácticas que se planteen. Aprendizaje basado en problemas y en consultas bibliográficas. Elaboración de memorias breves relativas a la materia y de presentaciones. Se plantean diversos ejercicios, sobre conocimientos recientemente adquiridos, a grupos reducidos de estudiantes con la finalidad de que se refuerce el aprendizaje de los mismos a través de la discusión y puesta en común.sobre las competencias de la asignatura Atención personalizada al estudiante para orientar y facilitar el aprendizaje a uno o varios estudiantes en cada sesión
8. Recursos didácticos RECURSOS DIDÁCTICOS Christopher Jekeli: Inertial Navegation Systems with Geodetic Applications, (2001) Oleg Salychev: Inertial Systems in Navigation and Geophysics, (1998) Mohinder S. Grewal, Lawrence R. Weill, Angus P. Andrews: Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration (2001) Jay Farrell, Matthew Barth: The Global Positioning System & Inertial navigation, (1998) Jie Shan, Charles K. Toth: Topographic Laser Ranging and Scanning, (2009) BIBLIOGRAFÍA Rainer Sandau: Digital Airborne Camera, (2010) Fathi Y. Dwaik: INS, GPS, and Photogrammetry Integration for Vector Gravimetry Estimation, (1998) Wolf P.R., Dewitt B.A.: Elements of Photogrammetry with Applications in GIS, (2000) Karl Kraus: Photogrammetry (Volumen I, II), (1993) Edward M. Mikhail, James S. Bethel, J. Chris McGlone: Introduction to Modern Photogrammetry, (2001) José L. Lerma: Fotogrametría Moderna: Analítica y Digital, (2002) Sociedad Española de Cartografía, Fotogrametría y Teledetección (Contiene numerosos enlaces a otras páginas de interés) http://www.secft.org/secft,15,9,enlaces.html RECURSOS WEB http://www.secft.org/secft,15,9,enlaces.html http://aero.us.es/principal/docencia.html EQUIPAMIENTO http://www.gps.gov/ Laboratorio con ordenadores Software: LPS, DIGI3D, GPRO, etc. Aula con ordenador para el profesor y pantalla de proyección
9. Cronograma de trabajo de la asignatura (para 5 horas presenciales /semana) SEMANA TIPO DE ACTIVIDAD (1) HORAS MODALIDAD (2) LUGAR / RECURSOS MATERIALES (3) METODOLOGÍA ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN (5) CONTENIDOS (Descripción) 1ª T1_1 A y C 3 A y H A, E A y E B 2ª T1_2 A y C 3 A y H A, E A y E B 3ª T1_1,T1_2 B, C y D 3 C, D, G y H B, E B, D y E A y B 4ª T2_1, T2_2, T2_3 A y C 2 A y H A, E A y E B 5ª T2_4 A y C 2 A y H A, E A y E B 6ª T2_1,T2_2,T2_3,T2_4 B, C y D 2 C, D, G y H B, E B, D y E A y B 7ª T3_1 A y C 2 A y H A, E A y E B 8ª T3_1,T3_2 A y C 3 A y H A, E A y E B 9ª T3_2 A y C 3 A y H A, E A y E B 10ª T4_1 A y C 2 A y H A, E A y E B 11ª T4_2 A y C 2 A y H A, E A y E B 12ª T5_1,T5_2 A y C 3 A y H A, E A, B, D y E B 13ª T5_1,T5_2,T5_3,T5_4 A, B y C 3 A, B, F y H B, E A, B, D y E A y B 14ª T6_1 A y C 2 A y H A, E A y E B 15ª T6_2,T6_4 A, B y D 3 A, C, D, F, G y H B, E A, B, C, D y E A y B 16ª T6_3,T6_4 A, B y D 3 A, C, D, F, G y H B, E A, B, C, D y E A y B OTROS
(1) (2) (3) (4) (5) A Explicar contenidos Clase de Teoría en aula Aula de Teoría B Ejercicios Clase de problemas en aula Sala de ordenadores Método expositivo Resolución de ejercicios y problemas Prueba de evaluación continua Examen final C Estudio individual Clase de problemas en aula de ordenadores Campo / Tipo de Instrumentos D Prácticas de laboratorio Práctica de laboratorio Aula de trabajos en grupo Aprendizaje orientado a proyectos Trabajo independiente E Prácticas de Campo Práctica de campo Casa / Biblioteca Aprendizaje coperativo F Otros Trabajo autónomo Otros Otros G Trabajo en grupo H Tutorías I Otros Sin evaluación