Guadalajara, Jalisco 18, y 19 y 20 de abril...La propagación de coordenadas ITRF se logra mediante...

Guadalajara, Jalisco 18, y 19 y 20 de abril

Taller: “Propagación de coordenadas en ITRF usando datos GPS”

Guadalajara, Jalisco, 19 de abril de 2007

Ing. Rubén Esquivel RamírezINEGI

Eje Rector: Construcción de Capacidades

Contenido

Geodesia (Definición)

Sistemas de Referencia y Marcos de Referencia

¿Por qué ITRF?

Posicionamiento GPS

Red Geodésica Nacional Activa

Propagación de Coordenadas ITRF

Servicio en Línea

La geodesia es la ciencia que se encarga del estudi o de las técnicas y los métodos para determinar la forma y dimensiones de la Tierra, o de parte de ella, incluyendo el campo de gravedad exte rno.

Geodesia (DefiniciGeodesia (Definici óón)n)

Ciencia interdisciplinaria que utiliza sensores rem otos transportados en satélites espaciales y plataformas aéreas, y medici ones terrestres para estudiar la forma y las dimensiones de la Tierra, de los planetas y sus de los planetas y sus satsat éélites aslites as íí como sus cambioscomo sus cambios ; para determinar con precisión su posición y la velocidad de los puntos u objetos en la superficie u orbitando el planeta, en un sistema de referencia terrestre en un sistema de referencia terrestre materializadomaterializado , y la aplicación de este conocimiento a distintas aplicaciones científicas y técnicas, usando la mate mática, la física, la astronomía y las ciencias de la computación.

Geodesia (DefiniciGeodesia (Definici óón)n)

Ohio State University (OSU).

Definición Moderna:



¿Por qué ITRF?

Posicionamiento GPS



Servicio en Línea

Sistemas de ReferenciaSistemas de Referencia

Prescripciones y convenciones para definir en cualq uier momento un sistema de ejes coordenados para la ubicación de pu ntos con respecto a la superficie terrestre (IERS*). Incluye el estab lecimiento de las unidades de medida y de una superficie geométrica a uxiliar que se aproxime al tamaño y forma de la tierra (elipsoide) .

El WGS84 (World WGS84 (World GeodeticGeodetic SystemSystem1984) y el ITRS (1984) y el ITRS ( InternationalInternationalTerrestrialTerrestrial ReferenceReference SystemSystem ),), son ejemplos de los sistemas de referencia globales definidos a partir de observaciones satelitales en los que el origen es el centro de masas de la tierra.

* IERS: International Earth Rotation and Reference Syste ms Service

World Geodetic System 1984 (WGS84):

Sistema de referencia terrestre que utiliza el Sist ema de Posicionamiento Global (GPS), fue creado desde 1987 utilizando observaciones Doppler del sistema de satélites de na vegación Transit.

EL WGS84 ha experimentado refinaciones con observac iones GPS y otros sistemas geodésicos satelitales de tal forma que se adapte lo mejor posible a toda la Tierra, la primera en 1994 WGS84(G730), otra en 1996 WGS84(G873), y la más reciente en 2002 WGS84(G 1150).


6 356 752.31424 m 6 356 752.31414 mSemieje menor (b)

1/298.257223563 1/298.257222101Factor de achatamiento

3 986 005 x 108 m3/seg2 3 986 005x108 m3/seg2Constante gravitacional (GM)

7 292 115x1011 rad/seg

6 378 137 m

ITRS

7 292 115 x 1011 rad/segVelocidad angular (w)

6 378 137 m Semieje mayor (a)

WGS84Parámetro

Existe una pequeña diferencia entre el elipsoide de referencia adoptado en el WGS84 respecto al que utiliza el ITRF (GRS80) en el parámetro de aplastamiento o achatamiento.

WGS84 e ITRS


Marcos de ReferenciaMarcos de Referencia

Son realizaciones físicas de los sistemas de refere ncia, mediante la materialización de puntos sobre la superficie terre stre, directamente accesibles por ocupación u observación.

Como ejemplo de marcos de referencia se tienen el N AD83, el SIRGAS y los ITRF, que son realizaciones del ITRS.

Debido al comportamiento dinámico de la tierra (var iaciones en la velocidad de rotación, variaciones del eje de rotac ión, tectónica de placas, etcétera) los marcos de referencia requiere n ser actualizados periódicamente, de manera que se garantice consiste ncia entre las redes geodésicas.


InternationalInternational TerrestrialTerrestrial ReferenceReference FrameFrame (ITRF):(ITRF):

Realización física del sistema de referencia del I TRS. El ITRF fue establecido a finales de 1988 por el IERS para sust entar las actividades científicas que requieran coordenadas muy precisas.

El ITRF2000 se realizó por la estimación de las coor denadas y velocidades de un conjunto de cerca de 800 estacion es observadas por medio de técnicas VLBI, LLR, SLR, GPS y DORIS.




¿Por qué ITRF?

Posicionamiento GPS



Servicio en Línea

¿¿Por quPor qu éé ITRF?ITRF?

Es un DEs un D áátum Globaltum Global

DisposiciDisposici óón de estaciones materializadasn de estaciones materializadas

Compatible con otros marcos y sistemas de referenci a globales, permitiendo establecer relaciones entre ellos.

La densidad de estaciones materializadas para ocupa ción directa permite a cualquier usuario obtener coordenadas en ITRF.

Existe una gran cantidad de estaciones de recepción continua de datos GPS con coordenadas en ITRF conocidas, disponibles gratuitamentepara dar posición ITRF a nuevos puntos medidos con GPS.

Es el marco de referencia más ampliamente usado en el mundo.

PrecisiPrecisi óónn

Con las técnicas empleadas para su definición y la cantidad de estaciones que se utilizaron se obtienen altas prec isiones en la red de estaciones materializadas.

¿¿Por quPor qu éé ITRF?ITRF?

DinDin áámicomico

El IERS genera parámetros de transformación y veloc idades para transformar las coordenadas a diferentes realizacio nes del ITRF.

Existen modelos de velocidades de placas tectónicas que permiten llevar las coordenadas ITRF a diferentes épocas.

También existen velocidades calculadas para cada es tación de recepción continua de datos GPS.



¿Por qué ITRF?

Posicionamiento GPS



Servicio en Línea

Posicionamiento GPS Posicionamiento GPS AbsolutoAbsoluto

En el posicionamiento GPS absoluto (stand-alone) no se obtienen posiciones ligadas a un marco de referencia materia lizado.

La referencia son las órbitas o posiciones predicha s de los satélites en WGS84 que proporcionan las efemérides transmitidas, por lo tanto las posiciones obtenidas están ligadas al WGS84.

Las posiciones obtenidas del posicionamiento GPS de manera autónoma tienen una incertidumbre horizontal de has ta 15 metros.

Posicionamiento GPS Posicionamiento GPS DiferencialDiferencial

El posicionamiento GPS diferencial implica el posic ionamiento simultáneo de estaciones con coordenadas conocidas ligadas a algún marco de referencia.

Dichas estaciones sirven para ligar nuevas medicion es GPS a dicho marco de referencia mediante métodos de tratamiento de los datos.

Posicionamiento GPS DiferencialPosicionamiento GPS Diferencial

Además de ligar el posicionamiento GPS al marco de referencia de la estación o estaciones base empleadas, se minimizan algunas otras fuentes de error:

ERRORES POR EFECTOS ATMOSFÉRICOS (Retraso por Ionosf era y Troposfera)

ERRORES DE RELOJ

ERRORES DE ORBITA

MULTITRAYECTORIA (Multipath)

Con este procedimiento de “posproceso diferencial” s e pueden lograr precisiones de hasta algunos milímetros para la est ación de coordenadas desconocidas, dependiendo del método de posicionamiento GPS que se empleó en campo.


Tiempos de observación y precisiones horizontales t ípicas en los métodos de posicionamientos GPS.

MÉTODOTIEMPO DE

OBSERVACIÓNPRECISIÓNTIPICA

OBSERVACIONES

Estático 2 horas mínimo 5 mm + 1 ppm

Estático Rápido 5–30 minutos 1 cm + 1 ppm Hasta 20 km

CinemáticoInicialización +

posicionamiento2 cm + 1 ppm Reinicialización si hay

pérdida de señal

Cinemático OTF 10 minutos 2 cm + 1 ppm Reinicialización si hay pérdida de señal

RTK Posicionamiento 2 cm + 1 ppm Hasta 10 km

DGPS(sólo 1 frecuencia)

1 posición/segCon fase 10 min.

Sin fase 1-4 m Con fase < 1 m

Con posproceso o con corrección en tiempo real

Autónomo 1 posición/seg 4-15 m

Las precisiones verticales son alrededor de 2 veces peores que las horizontales.

Esta información es variable dependiendo del autor o el fabricante del receptor.

GP

S D

ifere

ncia

l


Un inconveniente que puede presentarse en el pospro ceso diferencial es que las efemérides pueden estar referidas a un m arco de referencia diferente al del punto de control empleado.

En la actualidad el Servicio Internacional GPS (IGS ) proporcionaefemérides precisas referidas a una realización pro pia del ITRFXX (IGSXX), por lo que son consistentes con los ITRF.

http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods_cb.html

IGU Efemérides Ultrarrápidas

IGR Efemérides Rápidas

IGS Efemérides Finales (las mejores)

El uso de efemérides precisas es necesario para apl icaciones en las que se requieren altas precisiones.

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

Dife

renc

ias

(m) .

IGR IGU TRANS

Tipo de Efemérides Usadas

Diferencias Promedio Tomando como Referencia las Posiciones Obtenidas con Efemérides IGS

Latitud

Longitud

Altura

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

Dife

renc

ias

(m) .

IGR IGU TRANS

Tipo de Efemérides Usadas

Diferencias Promedio Tomando como Referencia las Posiciones Obtenidas con Efemérides IGS

Latitud

Longitud

Altura


Sin embargo, también es recomendable su uso en apli caciones que requieren menor precisión, ya que facilitan el proc esamiento de los datos mejorando la calidad de los vectores.



¿Porqué ITRF?

Posicionamiento GPS



Servicio en Línea

Red GeodRed Geod éésica Nacional Activasica Nacional Activa

En nuestro país, la materialización del ITRF se da a través de la Red Geodésica Nacional Activa (RGNA), y su densificació n por medio de levantamientos GPS sobre monumentos en toda la Repú blica, que conforman la red geodésica pasiva.

Actualmente, la RGNA está conformada por 16 estacion es de recepción continua de los satélites de la constelación NAVSTA R.


Dentro de la página Sistemas de consulta ingresar a la opción Descarga de Información de la RGNA.

En la página de Internet del INEGI ( http://www.inegi.gob.mx/ ) se encuentra un acceso a la sección de la RGNA, en don de es posible descargar datos GPS de las estaciones de la RGNA. L as estacionesregistran datos las 24 horas de los 365 días del añ o.

Los usuarios nuevos deben registrarse para tener ac ceso a la información.

Acceso directo al directorio de descarga

Acceso interactivo a los archivos de la RGNA

Acceso FTP

UNERINEX 3.0

Coordenadas ITRF de las estaciones de la RGNA


También se tiene una liga para descargar datos de l a estación a cargo del Instituto de Información Territorial del Estado de Jalisco (IITJ)

http://estacioniitj.jalisco.gob.mx/cors/index.asp.

La página de la Red Geodésica Nacional ofrece las s iguientes opciones:


Sistemas de Referencia

Marcos de Referencia

WGS84 e ITRF

Posicionamiento GPS



Servicio en Línea

Coordenadas ITRF Coordenadas ITRF conocidasconocidas

Nueva posiciNueva posici óón ITRF n ITRF obtenidaobtenida

PropagaciPropagaci óón de la Coordenadas ITRFn de la Coordenadas ITRF

La propagación de coordenadas ITRF se logra mediant e el posproceso diferencial de los datos GPS obtenidos en el punto de interés con datos GPS observados en cualquier punto de la Red Geodési ca Nacional.

PROCEDIMIENTO GENERAL GPS DIFERENCIAL:

1. Crear un proyecto, especificando que el sistema d e coordenadas aemplear es ITRF.

2. En caso de que el programa no contemple al ITRF, crearlo en la herramienta del software para manejo de sistemas de coordenadas,ingresando únicamente las dimensiones del elipsoide .

3. Cargar los archivos GPS de los puntos a procesar y de las estaciones base (ligadas a la RGNA).

PropagaciPropagaci óón de Coordenadas ITRFn de Coordenadas ITRF

4. En su caso, cargar archivos de efemérides precisa s.

5. Fijar la o las estaciones base, asignándoles las coordenadas ITRF**.

6. Efectuar el procesamiento de la o las líneas de b ase.

7. En caso de redes, ajuste de las soluciones de las líneas de base.

PropagaciPropagaci óón Coordenadas ITRFn Coordenadas ITRF

PROCEDIMIENTO GENERAL PARA GPS DIFERENCIAL (Continu ación):

** Para levantamientos en los que se requiere consi stencia precisa con ITRF, se requiere tomar en cuenta las v elocidades de las estaciones base.

PropagaciPropagaci óón de Coordenadas ITRFn de Coordenadas ITRF

ESQUEMA GENERAL DE PROPAGACIÓN DE COORDENADAS ITRF

GPSEstático Rápido

GPSGPSEstEst áático Rtico R áápidopido

Estación Total(Poligonación)

EstaciEstaci óón Totaln Total(Poligonaci(Poligonaci óón)n)

Estación Total(Radiación)

EstaciEstaci óón Totaln Total(Radiaci(Radiaci óón)n)

GPSCinemático, Diferencial

GPSGPSCinemCinem áático, Diferencialtico, Diferencial

UsuariosUsuariosUsuarios

ITRFITRFITRF IERSIERSIERS

RGNARGNARGNA INEGIINEGIINEGI

RGN Pasiva(GPS Estático)RGN PasivaRGN Pasiva

(GPS Est(GPS Est áático)tico)INEGI

UsuariosINEGIINEGI

UsuariosUsuarios


Sistemas de Referencia

Marcos de Referencia

WGS84 e ITRF

Posicionamiento GPS



Servicio en Línea

Servicio de Procesamiento en LServicio de Procesamiento en L ííneanea

1. La cuenta de correo electrónico a la cual se dese a que se envíen los resultados.

2. Los datos GPS que se desea procesar.

3. El modelo de antena empleado en el levantamiento de los datos.

4. La altura de la antena.

El OPUS (On-line Positioning User Service) es un servicio del NGS a través del cual los usuarios del GPS puedan ligar sus observaciones al marco geodésico oficial mediante la transferencia de dato s GPS por Internet.

(http://www.ngs.noaa.gov/OPUS/ )

Además de los archivos a procesar, se requieren los siguientes datos:

Adicionalmente se pueden elegir los siguientes pará metros opcionales:

Para levantamientos en territorio mexicano, OPUS re porta coordenadas en ITRF00 época 2004 y en la época del levantamient o.

Servicio de Procesamiento en LServicio de Procesamiento en L ííneanea

Generación de coordenadas en una proyección adicion al a la UTM.

Las estaciones CORS que se desea sean empleadas en elprocesamiento de los datos.

Las que no se desea que se utilicen.

Reporte extendido del proceso.

Ejercicio de Procesamiento en LEjercicio de Procesamiento en L ííneanea

FUENTE LATITUD ERROR LONGITUD ERROR ALTURA ERROR MARCO DE REF.

OPUS 21°52’34.99352”N 0.008 102°19’15.41225”O 0.005 1831 .868 0.021 ITRF00 E. 2003.90

OPUS 21°52’34.99349”N 0.008 102°19’15.41228”O 0.005 1831 .868 0.021 ITRF00 E. 2004.00

RGNA 21°52'34.99313"N 0.001 102°19'15.41243"O 0.001 1831 .943 0.004 ITRF00 E. 2003.90Diferencia: 0.012m -0.005m -0.075m

Resultados obtenidos del procesamiento de datos GPS en software de procesamiento comercial y en OPUS.

Guadalajara, Jalisco 18,19 y 20 de abril Convención Nacional de Geografía 2007

¡Gracias!

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