PROGRAMA ANALÍTICO A) Nombre del Curso Sistemas de Posicionamiento B) Datos básicos del curso Semestre: V Línea curricular Generación y Colecta de Información Topográfica Clave: 3822 Carácter: Teórico/Práctica Clasif. CACEI: Ciencias de la Ingeniería Tipo: Obligatoria Área: Civil Horas de teoría: 3 Carrera: Ingeniería en Topografía y Horas de práctica: 2 Construcción Elaboró: M.C. Abraham Cárdenas T. Horas trabajo adicional: 5 Revisó: M.C. Abraham Cárdenas T. Créditos: 8 Fecha: Marzo 2010 Materias de requisito: 3817. Geodesia Función del curso: Esta materia tiene por función, enseñar a los alumnos una serie de metodologías para posicionar puntos en la tierra con tecnologías de recepción satelital. Así mismo, estas mediciones con los sistemas de posicionamiento, fortalecen los estudios de la forma y dimensiones de la tierra en proyectos de tipo geodésico y topográfico. De igual manera, dichos conocimientos los aplicarán en otra serie de materias. C) Objetivos del curso Objetivos generales Al finalizar el curso el estudiante será capaz de: 1. Comprender las bases teóricas sobre las cuales se apoyan los sistemas de posicionamiento por satélite (GPS, GLONASS, GALILEO, GNSS). 2. Seleccionar las metodologías GPS apropiadas respondiendo a las necesidades de los trabajos de geodesia y de topografía. 3. Utilizar concretamente y racionalmente la tecnología GPS. Objetivos específicos 4. Hacer posicionamiento por satélite, utilizando diferentes tecnologías y empleando métodos de posicionamiento aplicados a diversas problemáticas. Unidades Objetivo específico 1. Conceptos de Familiarizarse con los conceptos, marcos de referencia e base infraestructuras generales, que describen el posicionamiento por satélite 2. Estructura de Conocer el proceso de transmisión y de enlace con la estructura de las señales GPS 3. Equipos software e infraestructuras las señales GPS Conocer los equipos, software e infraestructuras que actualmente se utilizan para efectuar posicionamiento por satélite
4. Coordenadas geográficas y UTM 5. Ecuaciones de observación y algoritmos de posicionamiento 6. Fuentes de errores y modelización 7.Posicionamiento estático (para la geodesia y la topografía) 8. Relaciones entre los sistemas de coordenadas y las superficies de referencia 9. Aplicaciones practicas a la geodesia y a la topografía 10. Genéricos sobre los sistemas de posicionamiento y las infraestructuras nacionales Conocer el ámbito de las coordenadas geográficas, las coordenadas UTM y el proceso de la convergencia de meridianos, así como las transformaciones entre estas Conocer y desarrollar las ecuaciones de observación y los algoritmos del posicionamiento Conocer las diferentes fuentes de errores afectando al posicionamiento por satélite Familiarizarse con el posicionamiento estático, método esencial para la geodesia y la topografía Conocer los sistemas de coordenadas más usuales, las superficies de referencia utilizadas y efectuar cálculos entre estos Efectuar aplicaciones prácticas en campo de tipo geodésico y topográficas Estar al corriente sobre los sistemas de posicionamiento y las infraestructuras nacionales relacionadas con el posicionamiento por satélite D) Contenidos y métodos por unidades y temas Unidad 1 (Conceptos de base) 5 hrs Tema 1.1 Introducción Tema 1.2 Histórico Tema 1.3 Marcos de referencia espacial Tema 1.4 Componentes del sistema GPS Tema 1.5 Configuración y visibilidad de los satélites Tema 1.6 Redes de seguimiento de los satélites Tema 1.7 Sistema activo de control Tema 1.8 Acceso al sistema GPS Tema 1.9 Modo operatorio y precisión Tema 1.10 Infraestructuras complementarias Tema 1.11 Sistemas GLONASS y GALILEO 1.4.1 Características del GPS 1.4.2 Trayectorias y distribución de los satélites
Unidad 2 (Estructura de las señales GPS) 5 hrs Tema 2.1 Descripción de las señales GPS Tema 2.2 Técnica de modulación Tema 2.3 Pseudodistancia Tema 2.4 Fase de batimiento de la onda portuosa Tema 2.5 Ambigüedades de fase iniciales y saltos de ciclo Tema 2.6 Frecuencia Doppler Tema 2.7 Mensaje transmitido Tema 2.8 Escalas de tiempo 2.6.1 Efecto Doppler Leer los temas de la bibliografía sugerida y resolver problemas indicados por el Unidad 3 (Equipos, software e infraestructuras) 5 hrs Tema 3.1 Receptores y antenas Tema 3.2 Software en tiempo real y de post-tratamiento Tema 3.3 Formatos de intercambios (RINEX) Tema 3.4 Equipos e infraestructuras conexas Tema 3.5 Ejemplos de aplicaciones Tema 3.6 Selección de los equipos y la metodología en función de la precisión buscada 3.1.1 Principales componentes de un receptor GPS 3.1.2 Características de los receptores 3.1.3 Evolución y fabricantes de los receptores GPS, GLONASS y GALILEO 3.4.1 Receptores geodésicos 3.4.2 Receptores modernos (RTK) 3.4.3 Antenas geodésicas 3.4.4 Normas (DGPS RTCM SC-104, NMEA 0183)
Unidad 4 (Coordenadas geográficas y UTM) 10 hrs Tema 4.1 Generalidades Tema 4.2 Coordenadas geográficas Tema 4.3 Proyección Universal Transversa de Mercator Tema 4.4 La proyección UTM, sus condiciones tangente y secante Tema 4.5 Conversión manual de coordenadas geográficas a UTM y conversión manual de UTM a geográficas Tema 4.6 Transformación de coordenadas utilizando calculadoras geodésicas Tema 4.7 Cálculo manual de la convergencia de meridianos Unidad 5 (Ecuaciones de observación y algoritmos de posicionamiento) 5 hrs Tema 5.1 Ecuaciones de observaciones de pseudodistancia Tema 5.2 Posicionamiento absoluto Tema 5.3 Degradación de precisión Tema 5.4 Posicionamiento relativo Tema 5.5 Filtraje de las pseudos-distancias Tema 5.6 Detección de los saltos de ciclo Tema 5.7 Ecuaciones de observaciones de fase Tema 5.8 Diferencias simples, doble y triple 5.1.1 Trilateración espacial 2D 5.4.1 Medidas de pseudodistancia Unidad 6 (Fuentes de errores y modelización) Tema 6.1 Reloj y orbitas de los satélites Tema 6.2 Reloj de los receptores Tema 6.3 Refracción troposférica Tema 6.4 Refracción ionosférica Tema 6.5 Multitrayectos Tema 6.6 Centro de fase de las antenas Tema 6.7 Combinación de las medidas de fase Tema 6.8 Resolución de las ambigüedades de fase 10 hrs
Métodos de enseñanza 6.1.1 Elementos keplerianos de la orbita 6.1.2 Descripción de las orbitas GPS 6.1.3 Calculo de la visibilidad de los satélites 6.1.4 Calculo de la corrección del reloj de los satélites GPS 6.1.5 Calculo de las coordenadas de los satélites GPS 6.1.6 Cálculos del vector y de la distancia receptor-satélite en el sistema TM Presentaciones, desarrollo de ejercicios, estudios de casos y manejo de hojas de Unidad 7 (Posicionamiento estático (para la geodesia y la topografía)) 10 hrs Tema 7.1 Tratamiento de las observaciones de fase en modo relativo Tema 7.2 Compensación por mínimos cuadrados Tema 7.3 Propagación de los errores en las coordenadas Tema 7.4 Método de resolución de ambigüedades de fase Tema 7.5 Posicionamiento estático rápido y en tiempo real Tema 7.6 Ejemplos de resultados GPS convencionales y no convencionales 7.1.1 Elipsoide de confianza 7.1.2 Niveles de probabilidad 7.2.1 Compensación de una red (1D) de localizaciones altimétricas 7.2.2 Compensación de una red (3D) de puntos geodésicos Unidad 8 (Relaciones y cálculos entre los sistemas de coordenadas y las superficies de referencia) Tema 8.1 WGS84 e ITRF92 Tema 8.2 NAD83, NAD83(SCRS) y NAD27 Tema 8.3 Redes geodésicas verticales Tema 8.4 NMM y ondulaciones del geoide Tema 8.5 Azimut geodésico y astronómico Tema 8.6 Cálculos entre los sistemas de coordenadas y las superficies de referencia 13 hrs
Métodos de enseñanza 8.6.1 Cálculo de coordenadas cartesianas geocéntricas de diferentes vértices 8.6.2 Determinación de coordenadas geodésicas en diferentes elipsoides 8.6.3 Cálculo de la desviación de la vertical entre coordenadas astronómicas y geodésicas 8.6.4 Determinación de la gran normal con parámetros de ciertos elipsoides y utilizando la latitud 8.6.5 Determinación de coordenadas cartesianas en un punto dado sobre el elipsoide 8.6.6 Determinación del valor de radio de curvatura en diferentes elipsoides, utilizando la latitud y la elipse meridiana 8.6.7 Cálculo de la longitud de un segundo de arco de paralelo utilizando la latitud y aplicándola en diferentes elipsoides 8.6.8 Cálculo de la longitud de un segundo de arco de meridiano utilizando la latitud y aplicándola en diferentes elipsoides 8.6.9 Cálculo de la longitud del arco de meridiano entre diferentes latitudes y utilizando diferentes elipsoides 8.6.10 Transformación entre latitudes Presentaciones, desarrollo de ejercicios, estudios de casos y manejo de hojas de Unidad 9 (Aplicaciones prácticas a la geodesia y a la topografía) 12 hrs Tema 9.1 Normas gubernamentales para el establecimiento de redes geodésicas con GPS Tema 9.2 Planificaciones de los levantamientos GPS (reconocimiento del terreno, levantamiento de obstrucciones) Tema 9.3 Levantamientos GPS sobre el terreno Tema 9.4 Carnet de notas GPS Tema 9.5 Tratamiento de las observaciones GPS Tema 9.6 Compensación 3D de una red GPS Tema 9.7 Fuentes de información sobre las redes geodésicas oficiales, el estado de salud de los satélites, las orbitas precisas, efemérides precisas, el geoide y las actividades geomagnéticas
Unidad 10 (Genéricos sobre los sistemas de posicionamiento y las infraestructuras 5 hrs nacionales) Tema 10.1 Las limitaciones del GPS Tema 10.2 Comparando GPS, GLONASS Y GALILEO Tema 10.3 Las nuevas tecnologías hibridas 3G Tema 10.4 La red geodésica nacional activa RGNA Tema 10.5 Métodos de levantamiento Tema 10.6 Aplicaciones de posicionamiento en otras disciplinas Tema 10.7 Innovaciones tecnológicas E) Estrategias de enseñanza y El curso se imparte por conferencias cinco horas por semana. Sesiones de ejercicios, de demostraciones que complementan la presentación de las nociones teóricas propias de los sistemas de posicionamiento. Visitas a algunas instituciones. El estudiante deberá familiarizarse con la investigación bibliográfica y con la navegación sobre Internet. El estudiante deberá familiarizarse con la práctica de ejercicios, practicas de campo y la resolución de problemas. F) Evaluación y acreditación Elaboración y/o presentación de: Periodicidad Abarca Ponderación Primer examen parcial 20 sesiones 1.1 2.8 20% Segundo examen parcial 19 sesiones 3.1 4.7 20% Tercer examen parcial 20 sesiones 5.1 7.5 20% Cuarto examen parcial 20 sesiones 8.1 10.7 20% Examen ordinario Examen general 20% o trabajo final TOTAL 100% G) Bibliografía y informáticos Textos básicos Notas del profesor ANDRÉANI, A. Le GPS : une révolution. Ed. Jean Jarry, 2001.
BOTTON, S. et al. GPS : Localisation et navigation, Ed. Hermès, 1997. EL-RABBANY, A. Introduction to GPS. Ed. Artech House, 2002. HOFMANN-WELLENHOF et al. GPS: Theory and Practice, Ed. Springer-Verlag, 2001. LEICK, A. GPS Satellite Surveying, Ed. John Wiley & Sons, 2004. LEVÉS GÉODÉSIQUES DU CANADA. Guide pour le positionnement GPS, Ministère des Ressources Naturelles du Canada, 1993. MISRA, P. et P. ENGE. GPS : Signals, Measurements, and Performance. Ed. Ganga-Jamuna Press, 2004. TEUNISSEN, P. et A. KLEUSBERG. GPS for Geodesy, Ed. Springer-Verlag, 1998. VAN SICKLE, J. GPS for Land Surveyors. Ed. Ann Arbor Press, 2001. WELLS, D.E. et al. Guide to GPS Positioning, Ed. Canadian Institute of Geomatics, 1987. Caire Lomelí Jorge. Compensación de cotas en Trilateración Geodésica. Banniste. Técnicas Modernas en Topografía. Manuales del Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática Ver sitio GPS en www.scg.ulaval.ca/gps-rs/