Semana 02 - Sistema de Información Geográfica y georreferenciación GPS .pdf

Este material es para uso académico exclusivo de los alumnos de la Universidad
Tecnológica del Perú. Su reproducción y distribución más allá de estos fines está
prohibida, de acuerdo al Decreto Legislativo N° 822.
Geomática
Curso: Geomática Modalidad : Semipresencial
Semana 2
Principios básicos de la geodesia satelital, sistema
de información geográfica y georreferenciación GPS

Curso: Geomática CGT
Logro: El estudiante modela áreas superficiales de gran enverga-
dura mediante la gestión de información geográfica de la geodesia
básica y siguiendo los principios de fotogrametría y teledetección.
1. PROPAGACIÓN DE SEÑALES GPS
• ElGPSesunradiosistemadenavegacióndeámbitomundialformadoporunaconstelación
de 24 satélites
, una red de estaciones terrestres y varios tipos de receptores de Usuario.
• GPS usa sus satélites como puntos de referencia para calcular posiciones con una
precisión del orden de metros
.
• Los receptores de GPS se han hecho cada vez más pequeños y más baratos.
• Esto hace que la tecnología sea prácticamente accesible a todo el mundo.
• Los GPS están encontrando su lugar en vehículos, barcos, aeroplanos y equipos
portátiles.
• Los satélites están dispuestos en 3 planos con 8 satélites por plano
.
• Los satélites utilizan acceso por división de frecuencia, osea que satélite opera con una
frecuencia distinta.
• El sistema GLONASS (Global Navigation Satellite System) es el sistema Ruso de
posicionamiento por satélite que funciona junto con GPS (Global Positioning System)
para proporcionar información sobre la posición en dispositivos compatibles.
Figura 1: constelación de satélites GPS. Figura 2: navegación por GPS.

2. SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS): control y
usuarios
• Los Satélites GPS tienen una altitud: 20.200 km
.
• Nombre: NAVSTAR
• Peso: 1.900 lbs (en órbita).
• Tamaño: 17 ft con los paneles solares extendidos.
• Vida útil esperada: 7,5 años.
• Actualmente para obtener mejores precisiones se puede hacer uso de sensores
estáticos o receptores con medidas diferenciales
.
• Para aumentar la precisión también se puede recurrir a almacenar a memoria del
receptor la posición de 8 o de 12 satélites.
• Las 5 estaciones terrestres controlan los satélites GPS controlando su estado operativo
y su posición exacta en el espacio.
*Gráfico que muestra
la ubicación de las
estacones de control:
1. Colorado Springs.
2. Hawaii.
3. Isla Ascensión.
4. Diego García.
5. Kwajalein.
Figura 3: red de estaciones de seguimiento GPS.

3. DIFERENTES TIPOS DE RECEPTORES DE LOS SATÉLITES:
Efemíredes de los satélites.
• El intentar mejorar más y más la precisión del sistema ha llevado a introducir variaciones
en la tecnología básica del receptor GPS. Una de las técnicas, denominada Differential
GPS necesita el uso de dos receptores. Uno de ellos controla las variaciones en la señal
del GPS y le comunica estas variaciones al otro. El segundo receptor puede corregir sus
cálculos para una mejor precisión.
• El SV transmite dos portadoras en la banda de microondas. La frecuencia L1 lleva
los mensajes de navegación y los códigos SPS. La frecuencia L2 se usa para medir el
retraso en la ionosfera para los receptores PPS.
• Cada satélite GPS está situado en una órbita muy precisa. Estas órbitas son controladas
constantemente por Centros de Seguimiento en tierra. Se controla la altitud, posición y
velocidad de todos los satélites. Los errores que se encuentran se denominan errores
de efemérides y están causados por la atracción de la luna y el sol y por la presión
de la radicación solar sobre los satélites. Una vez que el Centro de Control mide la
posición del satélite se devuelve esa información al satélite. El satélite incluye esta
nueva posición corregida en la información que envía a todos los receptores.
• El modelo físico de la tierra utilizado en aplicaciones GPS es el World Geodetic System
1984 (WGS-1984).
• Antes de poder calcular la posición de un usuario hay que calcular la posición de los
satélites en cada instante. Este es un proceso de dos etapas, ya que se necesita la
posición del satélite cuando la señal fue transmitida (no la posición cuando se recibe
la señal) y la corrección entre ambas no puede realizarse sino se sabe la posición del
usuario y la del satélite.
Figura 4:control de la órbita del satélite

3. DIFERENTES TIPOS DE RECEPTORES DE LOS SATÉLITES:
Errores.
Las principales fuentes de error que vamos a tener en el cálculo de la distancia son:
• Variaciones entre el reloj del satélite y el reloj del receptor.
• Retrasos debido a la atmósfera (ionosfera, troposfera).
• Multitrayecto.
• La velocidad de la luz únicamente es constante en el vacío. La señal del GPS pasa a
través de las partículas cargadas de la ionosfera y del vapor de agua de la troposfera,
con lo que se generan errores al suponer la velocidad de la luz como en el vacío.
Figura 5: efecto de la atmósfera.
la distancia entre un
satélite y la superficie
terrestre. Las diferentes
capas de la atmosfera
produciran distintos
errores en la información
emitida por estos
satélites.

Figura 6: multitrayecto o multipath.
Figura 7: multitrayecto o multipath.
los distintos elementos
que pueden producir una
disperción en la señal
electromagnética. Este
efecto es conocido como
Multitrayecto.
cuerpos artificiales
que pueden generar
distorción en las ondas
electromagnéticas.

Figura 8: separación de setélites. Gráfico que muestra los ángulos ortogonales que se forman por la separación
de satélites. Esta separación minimiza la posibilidad de errores.
Figura 9: separación de satélites. Gráfico que muestra los ángulos agudos que se forman por la separación de
satélites. Esta separación generan errores.

4. TIPOS DE RECEPTORES DE SATÉLITES DE UNA O DOBLE
FRECUENCIA: Precisiones.
• La doble frecuencia en los GPS es una medición de la velocidad relativa de la señal
captada usando dos señales diferentes.
• Esto lo emplean los receptores GPS avanzados, con el fin de disminuir o eliminar en los
posible los errores de medición inducidos por la atmósfera.
• Lo que ocurre es la señal, al pasar por la ionósfera y luego al encontrarse con vapor de
agua en su paso por la tropósfera, disminuye su velocidad, ocasionando errores. (las
distancias se estiman en el equipo calculando la distancia hacia los satélites).
• La velocidad de la luz únicamente es constante en el vacío. La señal del GPS pasa a
través de las partículas cargadas de la ionosfera y del vapor de agua de la troposfera,
con lo que se generan errores al suponer la velocidad de la luz como en el vacío.
Figura 10: distintos tipos de receptores GNSS
base.
Figura 11: receptores GNSS en movimiento o
ROVER.
5. MÉTODOS DE MEDICIÓN:
Entre los métodos de medición tenemos:
- El método GPS modo diferencial:
Para que un sistema diferencial funcione se requiere de lo siguiente:
• Base GPS, colocada en un punto conocido con coordenada fija.
• Un GPS rover que realizará el trabajo de campo, no requiere coordenadas fijas.
Entre los equipos de medición GPS tenemos:

Colocada en un
punto conocido
Levantando
datos en campo
Figura 12: base GPS.
Figura 14.
Figura 13: GPS ROVER, no requiere coordenadas
fijas, pues se calculan con la información
proporcionada por el GPS base..
la estación base que
conjuntamente con los
satélites recogen señales
que serán transmitidas al
ROVER.

• La señal de los satélites viene con errores tales como: Ionósfera, tropósfera, tiempo,
etc. Siendo esto una posición GPS con errores (PE). Por los tanto, a la base GPS se le
colocan coordenadas fijas y conocidas, siendo esto una posición conocida (PC).
• La base GPS tiene 2 posiciones; la posición GPS que es la que recibe el satélite y la
otra es la conocida, la cual fue ingresada por el usuario. Al restar estas 2 posiciones,
obtendremos un ∆ (delta) de errores que lo usaremos para corregir la posición de rover
GPS.
*Gráfico que el punto
conocido (PC) y el punto
encontrado (PE). Debido
a que la información de
los satélites contiene
errores, se establece
una posición conocida
que brinda el Instituto
Geográfico Nacional.
Figura 15.

• La señal de los satélites viene con errores tales como: Ionósfera, tropósfera, tiempo,
etc. Siendo esto una posición GPS con errores (PE). Por los tanto, a la base GPS se le
colocan coordenadas fijas y conocidas, siendo esto una posición conocida (PC).
• Para obtener la precisión del rover GPS, debemos descargar los datos de la base GPS y
del rover GPS a una computadora. Luego con el software de oficina, lo que se hace es
aplicar los delta de errores a la aplicación GPS del rover.
• Un GPS diferencial consiste en dos receptores; uno es estacionario y el otro hace
medidas de posición
.
• El estacionario es la clave; además de recibir y procesar la información de los satélites,
recibe y procesa, simultáneamente, otra información adicional procedente de una
estación terrestre situada en un lugar cercano y reconocido por el receptor.
• El un receptor que mide los errores y manda la información a los roving receivers.
• El receptor de referencia se sitúa en un punto que es perfectamente conocido y se
mantiene en él
.
• Calcula el tiempo de propagación que deben tener las señales del GPS y lo compara
con el que es actualmente.
• La diferencia es un factor de corrección de error.
• El receptor transmite entonces esta información a los otros receptores que usan este
dato para corregir sus medidas
.
• Actualmente existen suficientes organismos públicos que transmiten las correcciones
y se pueden obtener de forma gratuita
Posición corregida del rover:
PE - ∆ errors = Pcorregida

Figura 16: la estación base recoge la información y la retransmite al ROVER.
Otro método de medición es el estático relativo:
• Se trata del clásico posicionamiento para la medida de distancias con gran precisión
(5mm + 1ppm) en el que dos o más receptores se estacionan y observan durante un
periodo mínimo de media hora. Los resultados obtenidos pueden alcanzar precisiones
muy altas, teóricamente hasta niveles milimétricos. Este método es el empleado para
medir distancias mayores de 20 kilómetros con toda precisión.
Las aplicaciones de este método son:
• Redes geodésicas de cobertura a grandes áreas.
• Redes nacionales y continentales.
• Seguimientos de movimientos tectónicos.
• Redes de gran precisión.
Otro método de medición es el cinemático relativo:
• Elreceptordereferenciaestaráenmodoestáticoenunpuntodecoordenadasconocidas,
mientras el receptor móvil (ROVER), deberá ser inicializado para resolver la ambigüedad,
de una de las siguientes formas: mediante una observación en estático (rápido) o bien,
partiendo de un punto con coordenadas conocidas. Las épocas o intervalos de toma
de datos será función del objetivo de trabajo (velocidad del movimiento, cantidad de
puntos a levanter).
• Este método ha quedado obsoleto en la actualidad debido a la aparición del RTK.

Otro método de medición es el real time kinematic (RKT) - GPS en tiempo real:
• Consiste en la obtención de coordenadas en tiempo real con precisión centimétrica (1
ó 2 cm + 1ppm). Usualmente se aplica este método a posicionamientos cinemáticos,
aunque también permite posicionamientos estáticos. Es un método diferencial o relativo.
El receptor fijo o referencia estará en modo estático en un punto de coordenadas
conocidas, mientras el receptor móvil o “rover”, es el receptor en movimiento del cual se
determinarán las coordenadas en tiempo real (teniendo la opción de hacerlo en el sistema
de referencia local). Precisa de transmisión por algún sistema de telecomunicaciones
(vía radio-modem, GSM, GPRS, por satélite u otros) entre REFERENCIA y ROVER.
• Sin duda alguna es el equipo que proporciona mayor eficacia, versatilidad
, precision y
rendimiento.
• Debe quedar claro que el trabajo en tiempo real no es método de posicionamiento por
satélite, sino de obtener resultados una vez procesadas las observaciones .
Figura 17.

Figura 18: Imagen luego de procesamiento de datos en el software OPUS con el método PPK.

Semana 02 - Sistema de Información Geográfica y georreferenciación GPS .pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Semana 02 - Sistema de Información Geográfica y georreferenciación GPS .pdf

Similar to Semana 02 - Sistema de Información Geográfica y georreferenciación GPS .pdf (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Semana 02 - Sistema de Información Geográfica y georreferenciación GPS .pdf