GEODESIA I semestre, 2015 Ing. José Francisco Valverde Calderón Email: jose.valverde.calderon@una.cr Sitio web: www.jfvc.wordpress.com Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

CONTENIDOS GENERALES DEL CURSO Topografía y Geodesia Redes geodésicas horizontales y verticales Datum geodésico horizontal y vertical El elipsoide de revolución Sistemas y marcos coordenados de referencia La problemática del datum GPS en Geodesia La problemática del datum (caso de CR) Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Geodesia Geométrica Aplicaciones Física Satelital Científicas Ajuste geodésico Geodesia Geométrica Aplicaciones Física Satelital Científicas Prácticas GNSS Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Significado de Geodesia Significado de Topografía Introducción Significado de Geodesia Derivado del griego gh (Tierra) y daiw (dividir) Significado de Topografía Derivado del griego topos = Topos, sitio y grafein = descripción Definición de Geodesia, según la Asociación Internacional de Geodesia (IAG): Geodesia es la disciplina que trata con la medición y representación (geométrica, física y las variaciones temporales) de la Tierra y los cuerpos celestes. Definición de Geodesia, OSU: Geodesia es la ciencia de determinar el tamaño y la forma de la Tierra (incluyendo variaciones temporales), usando mediciones principalmente de distancias, tiempo y gravedad. Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

NO son problemas aparte Introducción PROBLEMAS A LOS QUE LA GEODESIA DEBE DAR SOLUCIÓN: La determinación de la forma verdadera de la Tierra. La determinación y estudio de su campo de gravedad. La determinación de posiciones esta ligado directamente a la forma y el tamaño de la Tierra. Geodesia teórica  estudiar las superficies en equilibrio de una hipotética masa fluida, sometida a las acciones gravitatorias y a un movimiento de rotación. También es la geociencia que estudia la Tierra como un complejo sistema dinámico, un cuerpo conformado por capas, conteniendo los océanos y rodeada por la atmosfera. NO son problemas aparte Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Los tres “pilares” de la geodesia Forma y deformación Rotación Campo de gravedad Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción Los avances en la geodesia fueron posibles por: Uso del tiempo atómico como escala de tiempo → independiente de la rotación de la Tierra. La habilidad de medir el tiempo de propagación de señales, desde los segundos hasta los picosegundos. Uso de satélites artificiales Se pasó de tener sistemas globales con exactitudes de 5 m (60’s) a sistemas globales con exactitudes milimétricas (en la actualidad). Las estrellas fueron reemplazadas por quásares y satélites; las observaciones astronómicas fueron reemplazadas por distancias entre receptores y satélites (mas detalle en Geodesia Satelital) Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción Las distancias son medidas de forma indirecta a partir de medir el tiempo de viaje de las señales. Los catálogos de estrellas han sido reemplazados por un sistema de referencia celestre de quásares. Para el posicionamiento y la navegación de alta exactitud, el marco de referencia terrestre es realizado y mantenido en el tiempo. Geodesia: nace con la necesidad querer conocer la forma y el tamaño del sitio donde se habita y el interés conocer el sitio en el espacio que ocupa el planeta Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción En la Grecia antigua, con Homero, se tienen las primeras ideas, mas mitológicas que científicas (Tierra plana, rodeada por océanos, con Grecia en el centro del universo) Otras ideas del mundo griego: Tales de Mileto, dice que el mundo es un barco redondo flotando en un océano sin limites Anaximenes y Anaxágoras dicen que el Sol y la Tierra son discos muy delgados Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Muchos filósofos griegos consideraron a la Tierra redonda, ya que para ellos la figura geométrica perfecta es la esfera. Platón supone una Tierra redonda, pero inmóvil e aislada. Se recurre a la teoría de esferas concéntricas para explicar el movimiento de los planetas y las estrellas Aristóteles (sus ideas son las que mas prevalecerán, hasta los tiempos de Copérnico y Galileo), supone una Tierra esférica, inmóvil y en el centro del Universo (Teoría Geocéntrica) Aristarco de Samos publica la primera idea del sistema heliocéntrico (Sol en el centro del sistema solar). Sin embargo, su idea no tuvo aceptación. Eratóstenes efectúa la medición del radio terrestre, deducida a partir de la medición del arco de meridiano entre Alejandría y Siena, a partir de triángulos semejantes: Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Determinación del radio terrestre por parte de Eratóstenes Introducción Determinación del radio terrestre por parte de Eratóstenes Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción En la edad media, aun prevalecían las ideas aristotélicas de sistema geocéntrico En 1543 se publica la obra “De las revoluciones de las esferas celestes”, en la cual retoma la teoría heliocéntrica Galileo adopta las ideas de Copérnico. A Galileo Galilei se le debe el enunciar las primeras leyes de la mecánica, con los conceptos de velocidad y aceleración En esta época se dan grandes avances en los campos de la matemática y la física y una mejora en la calidad de los instrumentos para efectuar observaciones astronómicas Gracias a estos aportes, Kepler enuncia sus leyes del movimiento planetario Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015 Tomado de: http://iesrdelgado.org/tomasgomez/4%C2%BAESO/Imagenes/geocentrico.jpg http://blogs.ua.es/elmonteida/files/2009/03/aristoteles.jpg Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015 Tomado de: http://www.astronomy.csdb.cn/astromia/fotohistoria/heliocentrico.htm Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción En el siglo XVI, se da la invención de los logaritmos con base 10, lo que permitió, apoyados en tablas logarítmicas, efectuar complejos cálculos de una forma mas “sencilla” Gemma Frisius es el primero el utilizar el método de triangulación El holandés Snellius (1615) la primera triangulación precisa, apoyado en una base geodésica para dar escala a la cadena de triángulos En 1620, Picard incorpora a los instrumentos de medición un retículo Se mide en arco de meridiano entre Malvoisine (al sur de Paris) y Sourdon (al sur de Amiens). Esta medición permitió determinar el radio terrestre en 6275 km Con base las leyes de Newton, se llega a la conclusión de que la Tierra no puede ser esférica, sino que tiene que ser un elipsoide de revolución, achatada en los polos y que debe existir una relación entre la forma física de la Tierra y su forma geométrica Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción Dominico Cassini, no esta de acuerdo con la teoría de Newton sobre la forma de la Tierra, considera a la Tierra achatada en el Ecuador Se organizan expediciones para efectuar mediciones de arco y determinar la teoría correcta Es Clairaut, mediante su teorema, el que demuestra este hecho Huygens, observando el movimiento del péndulo, deduce que la gravedad es mayor en el ecuador que en los polos En 1819, Stokes publica un tratado donde explica la metodología para determinar el geoide, a partir de observaciones de gravedad, aunque se utilizó por primera vez hasta 1948 Bruns, presenta la fórmula que relaciona la el potencial perturbante y la ondulación del geoide Helmert, en el siglo XX, presenta el método astrogeodésico para la determinación del geoide Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Una mejor aproximación! Primeras ideas! Aproximación! Una mejor aproximación! La realidad!! Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

La Tierra como nos la muestran Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

La Tierra como es!! Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción Servicios científicos de la IAG (tomado de Drewes, 2011) Dedicados a la geometría de la Tierra: International Earth Rotation and Reference System Service, (IERS) http://www.iers.org International Doris Service (IDS) http://ids-doris.org International Laser Ranging Service (ILRS) http://ilrs.gsfc.nasa.gov/ International GNSS Service (IGS) http://igscb.jpl.nasa.gov/ International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS) http://ivscc.gsfc.nasa.gov/ Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Introducción Servicios científicos de la IAG (tomado de Drewes, 2011) Dedicados al campo de gravedad de la Tierra: International Gravity Field Service (IGFS) http://www.igfs.net/ Bureau Gravimetric Internacional (BGI) http://bgi.omp.obs-mip.fr/ International Center for Earth Tides (ICET) http://www.icsu-fags.org/ps04icet.htm International Geoid Service (IGeS) http://www.iges.polimi.it/ International Center for Global Earth Models (ICGEM) http://icgem.gfz-potsdam.de/ICGEM/ International Digital Earth Models Service (IDEMS) http://www.cse.dmu.ac.uk/EAPRS/iag/ Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Aplicaciones Geodesia global: La geodesia es la ciencia encargada de la medición y representación cartográfica de la superficie terrestre (Helmert 1880). La definición requiere de un sistema de referencia global único CAMPO DE GRAVEDAD G E O M T R Í A Tomado de: http://www-app2.gfz-potsdam.de/ Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Deformaciones cosísmicas tras el terremoto de Japón de 2011 Aplicaciones Mantenimiento de los marcos de referencia: El MR es la capa base para las IDE’s y es la referencia para aplicaciones prácticas y científicas. Es fundamental su mantenimiento, para satisfacer los requerimientos de cualquier usuario Mapa global de sismos Tomado de: https://c1.staticflickr.com/5/4003/4438692900_546de75f2b.jpg Deformaciones cosísmicas tras el terremoto de Japón de 2011 Tomado de: http://www.sciencemag.org/content/332/6036/1421/F1.large.jpg Tomado de: http://dusk.geo.orst.edu/ucgis/web/research_white/Fig1.gif, 2014

Aplicaciones Cambio global: La geodinámica y el cambio del clima influyen en los parámetros geodésicos (posiciones, orientación etc.). Las variaciones son muy pequeñas, por lo que se requiere de una referencia global muy precisa, para determinar estas variaciones. Tomado de: http://cdn.zmescience.com/wp-content/uploads/2011/05/sea_level_rising_371845.jpg Tomado de: http://oceanlink.island.net/ Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Aplicaciones Estudio de la ionosfera y la troposfera Tomado de: http://www.geodetic.gov.hk/smo/gsi/programs/images/iono1.jpg Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Aplicaciones Rebote post-glaciar Tomado de: http://www.antarcticglaciers.org/glaciers-and-climate/sea-level-rise-2/recovering-from-an-ice-age/ http://www.nrcan.gc.ca/sites/www.nrcan.gc.ca/files/earthsciences/jpg/productsproduits/images/p4a_1.jpg Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Tomado de: http://www.dgfi.badw.de/index.php?id=107&zgdma=729319 Aplicaciones Variaciones en el nivel medio del mar Tomado de: http://www.dgfi.badw.de/index.php?id=107&zgdma=729319 Mean sea level change for two successive 6 year periods observed by TOPEX/Poseidon altimeter mission. Top 1993-1998, bottom 1994-2004 Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Monitoreo de volcanes con métodos clásicos Aplicaciones Monitoreo de volcanes, fallas y deslizamientos Monitoreo de volcanes con métodos clásicos Monitoreo de volcanes con métodos GPS Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Aplicaciones Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Tomado de: http://memory-map.com/ipaq4700_inhand.jpg Aplicaciones Cartografía: La cartografía se encarga de la representación de la topografía, límites políticos, estructuras de ingeniería, etc. Tomado de: http://memory-map.com/ipaq4700_inhand.jpg Tomado de: http://www.jaunted.com/ Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Tomado de: http://www.gmv.com/blog_gmv/wp-content/uploads/Egnos.jpg Aplicaciones Navegación: Tomado de: http://www.gmv.com/blog_gmv/wp-content/uploads/Egnos.jpg Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Tomado de: http://pasadena.wr.usgs.gov/office/hudnut/SRL/fig1.html Aplicaciones Ingeniería: El levantamiento de construcciones de ingeniería se hizo clásicamente, en sistemas de referencia locales. Hoy en día se pueden utilizar los métodos GNSS, principalmente a efectos de realizar el monitoreo del estado de la obra. Tomado de: http://pasadena.wr.usgs.gov/office/hudnut/SRL/fig1.html Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Aplicaciones Catastro: El catastro define los límites entre propiedades y la clasificación del terreno; para evitar confusiones en los límites se requiere de un sistema de referencia único para la zona donde se efectúa el levantamiento. De igual forma, un marco de referencia actualizado contribuye al mantenimiento de la información catastral Tomado de: http://metrhispanico.files.wordpress.com/2012/09/parcel-0-1.png Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Tomado de: http://www.esa.int/ Aplicaciones Aplicaciones “safety of life”: Tomado de: http://www.esa.int/ Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Aplicaciones Agricultura de precisión: Tomado de: http://tgeink.com/sites/default/files/ximport/2013/12/precisionag.jpg Tomado de: http://www.scanterra.com.ar/img/agp9.jpg Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015

Aplicaciones Deportes (Fórmula 1): Todos los carros que compiten en un gran premio de Fórmula 1 deben, desde el año 2010, disponer de un receptor GPS que permita conocer su posición con un error de 1 m. Tomado de: http://www.poderpda.com/wp-content/uploads/2011/04/mzl.zrkugttr.320x480-75.jpg Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia I ciclo de 2015