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Diseño geodésico 1 I ciclo, 2014 José Francisco Valverde Calderón Sitio web:

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Presentación del tema: "Diseño geodésico 1 I ciclo, 2014 José Francisco Valverde Calderón Sitio web:"— Transcripción de la presentación:

1 Diseño geodésico 1 I ciclo, 2014 José Francisco Valverde Calderón Sitio web: Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Profesor: José Francisco Valverde C

2 Capítulo 2 Diseño y optimización de redes geodésicas globales 2.1 Red de vínculo con redes mundiales Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

3 EOP ICRF Celeste Fijo en el espacio Inercial ITRF Terrestre Fijo en la Tierra (ECEF) Global Jerarquía de los marcos de referencia geodésicos modernos: Profesor: José Francisco Valverde C El Marco de Referencia Terrestre luego se densifica a los siguientes niveles: Continental (SIRGAS, EUREF, AFREF, …) Nacional (CR05) Regional / Local Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

4 Profesor: José Francisco Valverde C Redes globales y sus densificaciones Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

5 Profesor: José Francisco Valverde C Las modernas técnicas de la geodesia satelital permiten: Estimar la posición y velocidades de estaciones terrestres (ITRF) Estimar las coordenadas de las fuentes (ICRF) Estimar los EOP (vínculo entre el ITRF y el ICRF) Estimar parámetros atmosféricos (tropósfera, ionósfera) Estimar parámetros para modelar el campo de gravedad Estimas orbitas satelitales Ejemplo de EOP Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

6 Tomado de: Combination method of dierent space geodesy techniques for EOP and terrestrial reference frame determination, Vojtech Stefka, 2011 Profesor: José Francisco Valverde C Parámetros de orientación de la Tierra

7 Definición de constantes, modelos, parámetros, que sirven como base para la representación de la geometría de la superficie terrestre y su variación en el tiempo. El sistema de referencia es la definición conceptual completa de cómo un sistema coordenado esta formado. Define el origen y la orientación de los planos fundamentales o ejes del sistema Las coordenadas de una estación son válidas para el instante de la definición. Para cualquier otra época, se debe considerar el cambio en las posición de la estación Esto se puede hacer al conocer la cinemática de la misma (velocidad) o trabajando con soluciones semanales Profesor: José Francisco Valverde C Sistema de referencia

8 Tomado de: Featherstone, 1996 Profesor: José Francisco Valverde C Sistema de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

9 Realización (materialización) de un sistema de referencia por un conjunto de entidades físicas y matemáticas Por ejemplo, un conjunto de estaciones, con coordenadas geocéntricas tridimensionales X,Y,Z para una época fija y variaciones lineales en el tiempo, o sea velocidades constantes (dX/dt, dY/dt, dZ/dt). Profesor: José Francisco Valverde C Técnicas utilizadas para la definición del ICRF y el ITRF: VLBI. SLR. GNSS. DORIS. Marco de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

10 El ITRS se define de la siguiente forma: Origen: Geocéntrico La longitud es el metro del SI La orientación coincide con el Origen Internacional Convencional y un meridiano de referencia La realización del ITRS son los Marcos de Referencia Terrestre Internacional (ITRF). Con base a los resultados obtenidos mediante cada una de estas técnicas (que son independientes) se determinar los ITRF. El mantenimiento de estos no es fácil, debido principalmente a las deformaciones que se presentan en la corteza terrestre. Se requiere de varios modelos para considerar el comportamiento de las placas tectónicas, entre otros. Profesor: José Francisco Valverde C Marco de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

11 A la fecha se tienen calculados los ITRF88, ITRF89, ITRF90, ITRF91, ITRF93, ITRF94, ITRF96, ITRF97, ITRF00, ITRF05. La realización del ITRF mas actual es el ITRF08. Se espera que este año sea publicado el ITRF2013 Mas información en: El IGS produce su propio marco de referencia, llamado IGSXX. Estos son consistentes con la definición del ITRF, aunque solo se usan observaciones GPS Profesor: José Francisco Valverde C Call for participation en el cálculo del ITRF2013 Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Marco de referencia

12 Profesor: José Francisco Valverde C Marco de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

13 Ejemplo de la red global propuesta al momento de efectuar el Call for participation para la formación del IGS Profesor: José Francisco Valverde C Marco de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

14 Profesor: José Francisco Valverde C Marco de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

15 IGS08 Profesor: José Francisco Valverde C IGS08 Network IGS08 Core Network Conformada por 91 estaciones

16 Profesor: José Francisco Valverde C IGb08 IGb08 Network IGb08 Core Network Conformada por 92 estaciones

17 Profesor: José Francisco Valverde C IGb08 y SIRGAS Tomado de : 2014http://www.sirgas.org/index.php?id=153 Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

18 Profesor: José Francisco Valverde C Estudio del efecto del terremoto del 05 de septiembre de 2012 Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

19 Profesor: José Francisco Valverde C Estudio del efecto del terremoto del 05 de septiembre de 2012 Estaciones de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

20 Profesor: José Francisco Valverde C Información de las estaciones de la red del IGS Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

21 Profesor: José Francisco Valverde C Información de las estaciones de la red del IGS Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

22 Profesor: José Francisco Valverde C Información de las estaciones de la red del IGS Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

23 Formas en que se puede enlazar las observaciones a un marco de referencia preestablecido. Es necesario conocer las coordenadas de la estación(es) de referencia en la época de medición. Velocidad derivada de un modelo+ coordenadas en la época de referencia. Solución multianual + velocidad (modelo lineal, variación secular). Soluciones semanales Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Enlace a marcos de referencia

24 Las coordenadas de un punto son validas únicamente para t 0. Para el adecuado mantenimiento del MR, es necesario considerar la variación de las coordenadas de las estaciones de referencia Este movimiento se debe principalmente a la deformación de la corteza terrestre Se debe conocer la velocidad con que se mueve el punto de referencia. El problema es mas complejo, por la posibilidad de que se den deformaciones locales y que estas no sean detectadas. Por ellos, el estado del arte recomienda tener los marcos de referencia definidos por medio de EMC. Cuando se hacen densificaciones de redes geodésicas enlazadas a redes nacionales, es necesario considerar la actualización de las coordenadas a la época de medición. Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Enlace a marcos de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

25 Se debe tener mediciones continuas durante por lo menos dos años, para determinar la velocidad de una estación para identificar variaciones estacionales en la posición de la estación. Hay dos posibilidades para conocer la velocidad de una estación: Que sea determinada mediante un ajuste (combinación). Que sea interpolada a partir de un modelo de velocidades. Los modelos de velocidades, son modelos 2D que describen la magnitud y la dirección de los movimientos de las placas tectónicas. Por ejemplo, se tiene el modelo NNR NUVEL 1A, el cual es un modelo geológico-geofísico. Uno de los problemas de este modelo es que omite zonas de deformación, como lo es la cordillera de los Andes. Profesor: José Francisco Valverde C Enlace a marcos de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

26 Modelo NNR NUVEL 1A Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Tomado de: Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

27 Modelo PB2002 Tomado de: Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

28 Modelo APKIM2005 Tomado de: Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

29 Tomado de: Modelo VeMos Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

30 2.1.a.1 Velocidad derivada de un modelo+ coordenadas en la época de referencia Actualización de coordenadas en un ITRF Información disponible: Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Para tener las coordenadas de la estación en cualquier otra época t, distinta a la época actual, de aplica el siguiente modelo: Enlace a marcos de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

31 2.1.a.2 Solución multianual + velocidad producto del ajuste La siguiente información es tomada del sitio web: La cinemática de la red SIRGAS-CON es determinada mediante el cálculo periódico de soluciones multianuales, las cuales resultan de la combinación de las soluciones semanales semilibres…. El cálculo de las soluciones multianuales incluye la identificación de discontinuidades en la posición de las estaciones, ya sea por eventos esporádicos como desplazamientos sísmicos o cambios en la configuración de las antenas… La solución multianual más reciente (SIR11P01) incluye todas las soluciones semanales calculadas por los centros de análisis SIRGAS entre y , fecha en que se empezó a utilizar el IGS08. Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Enlace a marcos de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

32 La solución SIR11P01 provee coordenadas y velocidades constantes para 230 estaciones referidas al ITRF2008, época La precisión final de las coordenadas se ha estimado en: posición horizontal: ±1,0 mm; posición vertical: ±2,4 mm; velocidad horizontal: ±0,7 mm/a; velocidad vertical: ±1,1 mm/a Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Enlace a marcos de referencia Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

33 Solución multianual, SIRGAS Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

34 Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Solución multianual, SIRGAS Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

35 Coordenadas, estaciones ITRF Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

36 Coordenadas, estaciones ITRF Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

37 2.1.a.3 Soluciones semanales Solución multianual Soluciones semanales Tomado de: Alternative definitions and realizations of the terrestrial reference frames, Drewes et al, 2010 Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

38 Con velocidad de la solución multianual Soluciones semanales Estación MANA Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C 2.1.a.3 Soluciones semanales Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

39 Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Problemas por eventos sísmicos de magnitud importante 2.1.a.3 Soluciones semanales Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

40 Problemas por eventos sísmicos de magnitud importante Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C 2.1.a.3 Soluciones semanales Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

41 No se sabe que paso en enero de 2012 Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C 2.1.a.3 Soluciones semanales Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

42 ORBGEN, salto por cambio marco de referencia Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C 2.1.a.3 Soluciones semanales Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

43 Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C 2.1.a.3 Soluciones semanales Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

44 Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C 2.1.a.3 Soluciones semanales Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

45 Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C 2.1.a.3 Soluciones semanales Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

46 2.2 Evaluación de la exactitud 2.3 Software especial de procesamiento Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

47 2.2 Evaluación de la exactitud El enlace a redes globales tiene la característica de que, dependiendo de la disponibilidad de estaciones, se podría requerir de sesiones de medición muy prolongadas, en caso de que no hayan estaciones próxima al sitio de trabajo. Esto además implica consideraciones adicionales en el procesamiento de los datos y el modelado de errores. Profesor: José Francisco Valverde C Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

48 En el posicionamiento diferencial se ajustan primero las líneas de base que conforman la red. Esto quiere decir que se obtiene con una muy alta precisión la distancia entre las estaciones. Sin embargo, las coordenadas de las estaciones son desconocidas. Tomado de: Ajuste de redes GPS, documento elaborado por Laura Sanchez, DGFI Referenciación de una red geodésica a determinado marco de referencia

49 Profesor: José Francisco Valverde C La determinación de las coordenadas de los puntos requiere que se incluyan como parámetros conocidos de las coordenadas de las estaciones de referencia. Esto implica introducir o definir un marco de referencia Las coordenadas de referencia no necesariamente reflejan la geometría de la red que se esta procesando. Tomado de: Ajuste de redes GPS, documento elaborado por Laura Sanchez, DGFI Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Referenciación de una red geodésica a determinado marco de referencia

50 Coordenadas de referencia libres de error Coordenadas de referencia con incertidumbre Alineamiento mediante traslaciones y rotaciones Cambios en las líneas base son mayores que la precisión del ajuste Las coordenadas de referencia no cambian. Cambios en las líneas de base de igual (o menor) magnitud que la precisión del ajuste Cambios en las coordenadas de referencia menores que sus precisiones Cambios mínimos en las líneas de base Cambios en las coordenadas de referencia mayores que sus precisiones Tomado de: Ajuste de redes GPS, documento elaborado por Laura Sanchez, DGFI Referenciación de una red geodésica a determinado marco de referencia

51 Profesor: José Francisco Valverde C La determinación precisa de coordenadas con GPS requiere del uso de estaciones de referencia con coordenadas conocidas, calculadas de manera independiente a la red que estamos trabajando El ajuste de observaciones GPS con respecto a las coordenadas de referencia siempre genera algún tipo de deformación a la red semilibre Dicha deformación no puede evitarse y por tanto, se deben incluir las coordenadas de referencia en su ajuste de forma tal que sea mínima Se busca que la red semilibre se deforme lo menos posible, pero que a su vez sea una densificación del marco de referencia En general se recomienda incluir las coordenadas de referencia con un peso equivalente al inverso al cuadrado de su precisión De esta forma, las coordenadas de las estaciones de referencia pueden cambiar hasta 2 mm dentro del ajuste de la nueva red Tomado de: Ajuste de redes GPS, documento elaborado por Laura Sanchez, DGFI Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Referenciación de una red geodésica a determinado marco de referencia

52 Profesor: José Francisco Valverde C Solución semilibre Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

53 Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Solución con el marco de referencia introducido

54 Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Panel de Bernese para introducir el marco de referencia

55 Profesor: José Francisco Valverde C 1.Las técnicas de medición GNSS son muy precisas y pueden detectar cambios mínimos (mm) en las estaciones terrestres 2.La precisión de las coordenadas de las estaciones de referencia usadas en posicionamiento GNSS debe ser consistente con la precisión de las técnicas de medición (~ mm) 3.Las coordenadas de las estaciones sobre la superficie terrestre se ven afectadas por fenómenos seculares (p.ej. tectónica de placas), estacionales (p.ej. períodos de lluvia) y esporádicos (p.ej. terremotos), que las modifican en cantidades mayores que el nivel de precisión requerido 4.Dependiendo de la precisión requerida en las coordenadas finales de los puntos nuevos, debe corregirse (modelarse) la mayor cantidad posible de los errores (efectos) que afectan la componente vertical 5.En redes de referencia deben tenerse en cuenta todos estos errores (efectos) Tomado de: Ajuste de redes GPS, documento elaborado por Laura Sanchez, DGFI Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Consideraciones finales

56 Profesor: José Francisco Valverde C 6.Las coordenadas de las estaciones de referencia deben estar en el mismo marco de referencia en el que se calculan las órbitas satelitales. 7.En general, es necesario Uso de correcciones absolutas a las variaciones de los centros de fase de las antenas GNSS (valores publicados por el IGS) Uso de efemérides precisas (publicadas por el IGS) Uso de estaciones de referencia con coordenadas geocéntricas de máxima calidad (ITRF, SIRGAS, densificaciones nacionales de SIRGAS) Preferiblemente, las estaciones de referencia deben ser de operación continua; de modo que sus coordenadas semanales puedan calcularse directamente de las mediciones. Tomado de: Ajuste de redes GPS, documento elaborado por Laura Sanchez, DGFI Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Consideraciones finales

57 Profesor: José Francisco Valverde C 8.Pueden utilizarse velocidades constantes solamente si las coordenadas semanales de las estaciones de referencia no son conocidas**. 9.Mientras más pequeña sea la cobertura superficial de una red GNSS, más vulnerables son sus coordenadas a los errores radiales asociados a la técnica de medición (alturas menos confiables) 10.El procesamiento de redes de referencia debe ser redundante para identificar errores aislados y verificar la calidad de los resultados 12.El procesamiento de las redes de referencia debe seguir estándares y convenciones actuales (modernos, de vanguardia) Tomado de: Ajuste de redes GPS, documento elaborado por Laura Sanchez, DGFI Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014 Consideraciones finales

58 Profesor: José Francisco Valverde C Fuentes de error: Error de los relojes receptores Error en los relojes de los satélites Errores en las efemérides satelitales Efecto troposférico Efecto ionosférico Variaciones del centro de fase de las antenas GNSS Configuración de las antenas (radomes) Efecto multicamino (multipath) Error en las coordenadas del punto base Efectos físicos (cargas atmosférica, oceánica e hidrológica, procesos geodinámicos, etc.) Tomado de: Ajuste de redes GPS, documento elaborado por Laura Sanchez, DGFI Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

59 Programas científicos: Bernese Gamit-Globk Gipsy-Oasis Catref Aplicaciones on-line (Internet): Opus (Relativo) Auspos (Relativo) CSRS (PPP) APPS (PPP) Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

60 Centro de análisisSoftwarePais CODEBernese 5.3, desarrollado en AIUBSuiza ESANAPEOS v 3.6UE GOPBernese v5.0 (+modif), desarrollado en AIUBRepublica Checa GFZEPOS.P8 desarrollados en GFZAlemania GRGGNIS (cálculo de orbitas y NEQ), Dynamo para combinacionesFrancia JPLGIPSY/OASIS-II Version desarrollado por el JPLUSA MITGamit 10.32, Globk 5.12 desarrollados en MITUSA NOAAArc (MIT), Orb (OSU), Pages (NOAA), gpscomUSA EMRGIPSY/OASISII v5, desarrollado por JPLCanada SIOGamit 10.20, Globk 5.08 desarrollados en MITUSA USNOBernese v5.0, desarrollado en AIUBUSA WHUPANDA,desarrollado en WHUChina Software usado por los Centros de análisis del IGS Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014


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