PRINCIPIOS DE GEODESIA TEORIA Y APLICACIONES DIANA MARCELA MOLINA ERIK BERNAL

GEODESIA Disciplina que trata con la medición y representación de la tierra, incluyendo su campo de gravedad terrestre, en un espacio tridimensional variante con el tiempo”. (Geo, tierra; Daien, dividir)

Propósitos de la Geodesia Suministrar un marco de referencia preciso para el control de levantamientos nacionales topográficos. Establecimiento y mantenimiento de redes de control geodésico tridimensionales, nacionales y global, reconociendo el tiempo como aspecto variante en dichas redes. Medición y representación de fenómenos geodinámicos tales como movimiento polar, mareas terrestres, y movimientos de corteza.

Geodesia Astronómica: Geodesia espacial o satelital: PARTES DE LA GEODESIA Se encarga del campo gravitatorio de la tierra Geodesia Física: Se encarga de estudiar la geometría de la tierra en la cual se crea el elipsoide. Geodesia Geométrica: se encarga de utilizar a los astros para referenciar, para ubicar las posiciones por medio de tecnología y demás. Geodesia Astronómica: Para dar posiciones GPS satélite para ubicar un punto de la tierra de un objeto Geodesia espacial o satelital:

RELIEVE DE LA TIERRA

WGS 84 Uno de los elipsoides de referencia más utilizados actualmente es el descrito en el sistema denominado World Geodetic System 84  (WGS-84), desarrollado por el Departamento de Defensa de los EEUU, y que tiene como origen el centro de masas de la Tierra. Su popularidad se debe a que es el utilizado por el sistema de posicionamiento global por satélite GPS.  

es posible relacionar matemáticamente al geoide y el elipsoide mediante la expresión: Donde h es la altura de un punto con respecto al elipsoide (altura elipsoidal), N es la altura del geoide respecto al elipsoide (ondulación del geoide) y  H es la altura del punto con respecto al geoide (llamada altura ortométrica) h y n son perpendiculares al elipsoide de referencia, mientras que H es la altura medida a lo largo de la línea de plomada (perpendicular al geoide y cuya curvatura ha sido exagerada en la figura).

NIVELACIÓN SATELITAL Con el surgimiento de la geodesia satelital con GPS, se efectúan lecturas que le permiten establecer las alturas de los puntos referidas a un sistema específico de referencia (geoide). También se puede, a partir de lecturas sobre puntos de elevación conocida, hacer las respectivas conexiones.

LEVANTAMIENTO GEODÉSICO GEODESIA APLICADA LEVANTAMIENTO GEODÉSICO La toma de información de distancias y ángulos en el campo, y la aplicación de los principios de la Geometría y la Trigonometría con el propósito de determinar la forma, dimensiones y posición de grandes extensiones terrestres”. POLIGONACION SATELITES TRIANGULACION TRILATERACION

TECNOLOGIA DE POSICIOMAMIENTO SATELITAL Hoy en día existen constelaciones creadas el hombre, su propósito brindar información de posicionamiento global exacta de forma instantánea

Como funciona? 1. La base del posicionamiento satelital es la "triangulación”. 2. Para triangular", un receptor mide la distancia utilizando el tiempo que tardan en viajar las señales de radio desde el satélite al mismo. 3. Para medir el tiempo de viaje, el receptor necesita un sistema muy preciso para calcular el tiempo. 4. A través de la distancia, se necesita saber exactamente donde se encuentra cada uno de los satélites en el espacio. Esto se consigue mediante unas orbitas altas y un cuidadoso seguimiento desde tierra.

1. TRIANGULACION La posición se calcula midiendo la distancia entre nosotros y los satélites, a la que llamamos "rango“ Matemáticamente necesitamos cuatro mediciones, rangos, para determinar la posición exacta. Tres rangos son suficientes si rechazamos una de las respuestas absurdas. Un cuarto rango se necesitará por cuestiones técnicas y de precisión.

Distancia La distancia a un satélite se determina, midiendo cuanto tiempo tarda una señal en cubrir la distancia entre el satélite y el receptor. Para hacer la medida asumimos que ambos, satélite y receptor, están generando el mismo Pseudo-Random Code exactamente al mismo tiempo. Determinamos cuanto tiempo tarda en llegar la señal Pseudo-Random del satélite, comparándola con el retraso en que la genera el receptor GPS. Multiplicando el tiempo de viaje de la señal por la velocidad de la luz encontramos la distancia. .  los satélites y los receptores usan algo llamado: "Código Seudo Aleatorio", del inglés "Pseudo Random Code" o "PRC"

Tiempo ¿Como mide el GPS el Tiempo? Precisión en la medición del tiempo es la clave para medir la distancia a los satélites Los satélites miden perfectamente el tiempo por que disponen de relojes atómicos. Los relojes de los receptores no tienen que ser tan perfectos, por que con un medida extra se pueden corregir los errores

Dilucion de la precisión VDOP – Dilución Vertical de la Precisión. Proporciona la degradación de la exactitud en la dirección vertical. HDOP  – Dilución Horizontal de la Precisión. Proporciona la degradación dela exactitud en la dirección horizontal. PDOP  – Dilución de la Precisión en Posición. Proporciona la degradación dela exactitud en posición 3D. GDOP  – Dilución de la Precisión Geométrica. Proporciona la degradación dela exactitud en posición 3D y en tiempo La Dilución de la Precisión (DOP) es una medida de la fortaleza de la geometría de los satélites y está relacionada con la distancia entre estos y su posición en el cielo. El DOP puede incrementar el efecto del error en la medición de distancia a los satélites

Corrigiendo los errores: la atmósfera terrestre

Corregiendo los errores en la Tierra

Corrigiendo los errores . La ionosfera de la Tierra y la atmosfera causan retrasos en la señal del GPS, lo cual se traduce en errores de posición en el receptor. Algunos de esos errores pueden subsanarse utilizando las matemáticas y la modelización. La configuración de los satélites en el espacio puede magnificar otros errores. La "SA" es un error inducido, aleatorio y codificado y con un DGPS puede subsanarse. El Diferencial GPS puede minimizar el impacto de los errores en las mediciones

¿ Que es GNSS ? Global Navigation Satellite System GNSS es la adopción de el nuevo termino mundial, que incluye a todos los Sistemas de Navegación Satelital. GPS (US), Glonass (Russia), Future Galileo (EU) GPS es el sistema de los Estados Unidos – “Sistema NAVSTAR GPS” GLONASS es el Sistema de la Federación Rusa, con Las Siglas: GLObal Navigation And Surveying System GPS es el Sistema que Topcon, adoptó y diseño para usar todos los satélites GPS disponibles.

¿Que me Proporciona el Sistema de Posicionamiento Satelital? GPS provee de Información de posición en 3D en cualquier parte sobre la Tierra. El Tiempo Real Diferencial GPS+ (RTK) nos provee de mejor precisión, información de posición 3D instantánea (<1cm)! RTK y otros tipos de sistemas Diferenciales GPS+ se usan actualmente en diferentes rangos de aplicaciones. Los aumentos probados de Productividad, han hecho que RTK GPS+ sea muy Popular.

Ventajas de la Tecnología de Posicionamiento satelital En cualquier momento y parte de la Tierra GPS provee de: Posición Precisa, Velocidad, & Dirección Independencia del Clima Cobertura Satelital Completa - 24- horas al día No se necesita visibilidad entre los puntos Ventajas Económicas sobre métodos de posicionamiento convencionales GPS stands for Global Positioning System and is a system that provides accurate positioning, navigational directions and accurate timing any time and any place on the earth. Any time and any place is a general term any time - There are some times when GPS is not very effective and in some cases, not possible. any place - excluding places such as indoors, under many trees or near large buildings.

SEGMENTOS DEL SISTEMA El Sistema satelital opera con tres segmentos básicos - Segmento Espacial - Segmento de Control - Segmento del Usuario

Tecnología de Posicionamiento Satelital segmento espacial El Sistema GPS NAVSTAR

Diseño del Sistema NAVSTAR NAVigation System for Timing And Ranging Sistema de Posicionamiento de la Armada Norteamericana. Diseñado & Mantenido por DOD Tiene 24 satélites operativos 6 planos orbitales, 55o de inclinación 20,180 Km. sobre la superficie terrestre Período Orbital de 11:58 horas Vehículo de Lanzamiento Delta-2,

Estructura de la señal GPS Los satélites transmiten constantemente en dos ondas portadoras. Estas ondas portadoras se encuentran en la banda L(utilizada para transmisiones de radio) y viajan a la Tierra a la velocidad de la luz. Dichas ondas portadoras se derivan dela frecuencia fundamental, generada por un reloj atómico muy preciso La portadora L1 es transmitida a1575.42 MHz (10.23 x 154) La portadora L2 es transmitida a1227.60 MHz (10.23 x 120).La portadora L1 es modulada por dos códigos. El Código C/A o Código de Adquisición Gruesa modula a 1.023MHz(10.23/10) y el código P o Código de Precisión modula a 10.23MHz. L2 es modulada por un código solamente. El código P en L2 modula a 10.23 MHz. Los receptores GPS utilizan los diferentes códigos para distinguir los satélites Estructura de la señal GPS 

Tecnología de Posicionamiento Satelital segmento espacial El Sistema Satelital GLONASS

Diseño del Sistema GLONASS GLObal Navigation And Surveying System Sistema de Posicionamiento Militar Ruso Diseñado & Mantenido por la Federación Espacial Rusa Tiene 17 satélites hasta la fecha 3 planos orbitales, 64.8o inclinación 25,540 Km. sobre la superficie terrestre

Comparación del Sistema GPS/Glonass 24 2 L1 - 1575.42 MHz L2 - 1227.60 MHz 3 1 Delta 2 Rocket Satélites Frecuencias Mensaje de Código Mensaje de info. Satélites por Lanzamiento 17 2 L1 - 1602MHz+n 9/16Mhz L2 - 1246MHz+n 7/16Mhz 3 Proton K Rocket

Modernización del Sistema de Posicionamiento Nuevo Sistema Galileo Futura Actualización de Señal GPS Plan de Actualización de Glonass

Plan de Modernización GPS En 1998, el gobierno de los Estados Unidos anuncia formalmente la Modernización para la extensión de las capacidades del Sistema GPS. L2C – Nuevo Código Civil en L2 Similar a Código CA en L1 L5 – Nueva 3rd Frecuencia Las dos requieren eventualmente remplazar por completo TODA la constelación de satélites GPS.

El Nuevo Código de Mensaje L2C Lo Que significa para la Precisión de los Usuarios GPS Primer lanzamiento M-Class se retrazo hasta finales del 2004 Actualmente no se dispone de señal L2C El Envío del nuevo Código NO tiene impacto en la precisión GPS 12 satélite M-Class para el 2009 Impleemntación Total para el 2012

La Nueva Frecuencia Carrier L5 Lo Que significa para la Precisión de los Usuarios GPS Frecuencia GPS totalmente nueva Alto nivel de poder para frecuencias L1 y L2 L5 tendrá un impacto significante en la precisión de las aplicaciones GPS Inicialización Rápida Alta Precisión Ningún receptor GPS actual tiene la capacidad de rastrear L5 Requiere de nuevos satélites IIF Primer lanzamiento para finales del 2006 16 Satélites para el 2012

Impacto en el Desempeño de L2C & L5 Circa 2012 L2C & L5 No aumentan nuevos Satélites La Nueva señal será afectada por los sitios de Obstrucción El sistema todavía se cae con el mínimo nivel de Satélites y se pierde la Alta Precisión

Sistema de Múltiples Constelaciones Circa 2005 Circa 2012 Hoy en Día GLONASS GALILEO GPS Solo La combinación de sistemas ofrece ventajas en el desempeño sobre el uso de un solo sistema GPS!

SEGMENTO DE CONTROL Este segmento tiene la tarea de llevar a cabo el rastreo, cálculo, transmisión de datos y supervisión necesaria para el control diario de todos los satélites del sistema.

FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS ESTACIONES DE CONTROL Monitoreo: cumplen las labores de monitoreo rastreando todas las señales de GPS para ser empleadas en el control de los satélites y predecir sus órbitas, También son recolectados datos metereológicos para permitir una evaluación más precisa de los retardos troposféricos. Transmitir información hacia los satélites: enviar información, incluyendo nuevas efemérides, correcciones de reloj y, otros mensajes de transmisión de datos, y comandos de telemetría

FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS ESTACIONES DE CONTROL Recibir los datos desde las estaciones de monitoreo y procesarlas. incluyendo (cálculo de las efemérides de los satélites y correcciones de reloj a los mismos) controlar las correcciones orbitales cuando cualquier satélite se desvía de su posición asignada. Realizar las maniobras necesarias para que un satélite ya inactivo sea reemplazado por uno de los de repuesto.

SEGMENTO DEL USUARIO Está constituido por todos los equipos, permanentes u ocasionales, utilizados para la recepción de las señales emitidas por los satélites y empleados para el posicionamiento o para la precisa determinación de tiempo. De acuerdo a los niveles de precisión dividimos los receptores G.P.S en cuatro grandes grupos. Navegadores Cartograficos Geodésicos y Topográficos Tiempo Real

RECEPTORES G.P.S DE NAVEGACION Entre sus principales características tenemos: Trabajan de modo autónomo Precisión de 15 a 50 mts (error natural G.P.S) Ayudas completas para navegación Portabilidad Facilidades en suministro de energía. Económicos Facilidad de operación.

RECEPTORES G.P.S DE CARTOGRAFIA Entre sus principales características tenemos: Precisión 1 a 5 mts Requieren de Equipo Base Efectúan métodos de corrección (Diferencial) Grandes coberturas Poseen software de post-proceso Generación de Atributos Rapidez en la toma de mediciones Grandes capacidades de Memoria Portátiles

RECEPTORES G.P.S PARA GEODESIA Y TOPOGRAFIA Entre sus principales características tenemos: Altos niveles de Precisión (5mm + 1ppm) Requieren equipo Base Tomas de mediciones prolongadas Coberturas mas pequeñas Capacidad de atributos Software de post-proceso y de ajuste en red Grandes capacidades de memoria Cierres topográficos de primer orden

RECEPTORES G.P.S EN TIEMPO REAL Entre sus principales características tenemos: Precisiones Submétricas y Centimétricas Requieren de Receptor Base Solución Instantánea Reemplaza la topografía convencional en un 80% Colección de datos con atributos Cálculos en terreno de: áreas, distancias, transformaciones de coordenadas, entre otras. Reduce el trabajo de oficina en un 80% Requieren de una infraestructura menor que los métodos anteriores de Topografía.