Fundamentos de Sistemas de Posicionamiento Global

¿Qué es el GPS?

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es uno de los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) existentes. Otros sistemas incluyen:

• GPS – Global Positioning System (EE.UU.)
• GLONASS – GLObal NAvegation Satellite System (Rusia)
• GALILEO – Europa
• GNSS – Global Navigation Satellite Systems (término general)

Características principales:

• Sistema de Posición basado en Radio.
• Sistema Global con cobertura continua.
• Sistemas de referencia: WGS84, PZ90, ¿Galileo?.
• Sistema Pasivo que permite un número ilimitado de usuarios.

Nota: Información basada en Distributor Meeting Topcon & Sokk, November 27th, 2009.

Componentes del GPS

• Segmento Espacial: Compuesto por las constelaciones de satélites.
• Segmento de Control: Estaciones de control y monitorización para seguimiento y control de satélites.
• Segmento Usuario: Receptores para recibir, decodificar y procesar la señal.

Segmento Espacial GPS

• Diseño: 24 Satélites + 3 de reserva.
• Actualmente: 29 en operación.
• 6 Planos orbitales inclinados 55 grados.
• 20.051 kilómetros de altura.

Segmento Espacial GLONASS

• Diseño: 24 Satélites + 3 de reserva.
• Actualmente: 12 operativos, 3 lanzamientos por año (dato de 2009).
• 3 planos orbitales inclinados 64.8 grados.
• 19.140 kilómetros de altura.

Segmento de Control GPS

Ubicado en Hawái, en Colorado Springs (MCS), en Ascensión, en Diego García y en Kwajalein.

Cálculo de Posición

• El cálculo de la posición y tiempos se resuelve midiendo las distancias a por lo menos cuatro satélites.
• La medición de las seudo-distancias es el resultado de la medición por correlación del código seudo-aleatorio.

Fuentes de Error

• Retrasos ionosféricos.
• Retrasos troposféricos.
• Errores en relojes de satélite y receptor.
• Errores de efemérides.
• Efecto multitrayectoria.
• Geometría de la observación (DOP).
• Disponibilidad selectiva.
• Anti-Spoofing.

Datums

Existen muchos elipsoides que sirven como referencia geométrica para posicionar puntos de la esfera terrestre.

El elipsoide utilizado por el sistema G.P.S. es el WGS84.

Dos sistemas de coordenadas referidas al elipsoide:

• ECEF – Coordenadas cartesianas geocéntricas.
• Geográficas WGS84 – Basándonos en la red de meridianos y paralelos, obtenemos longitud y latitud. Con respecto a la superficie elipsoidal, la altitud.

Datum Local

De la misma manera, cada país adopta un elipsoide como referencia para el sistema de coordenadas utilizado. Históricamente diferentes, para aproximarse lo mejor posible al geoide en la zona representada. En el caso de España, nos quedaremos con el elipsoide ED50 (European Datum 1950).

• GEOIDE: Superficie de equilibrio materializada por los mares en calma. Su forma se determina con observaciones gravimétricas.

Relación entre superficies:

• 1 Superficie terrestre
• 2 Geoide (nivel medio del mar)
• 3 Elipsoide de referencia
• H = Altitud del punto (distancia vertical al geoide)
• N = Ondulación del Geoide
• h = Altura sobre el elipsoide
• Relación: N = h - H

Nota: Información basada en Distributor Meeting Topcon.

Proyección Cartográfica

• Para confeccionar un mapa (superficie plana), con los detalles topográficos de la superficie terrestre (de forma geoidal), necesitamos aplicar reglas de correspondencia entre las coordenadas geográficas (del elipsoide o geoide) y las coordenadas de la hoja.
• Este conjunto de reglas de transformación se consigue con una determinada Proyección Cartográfica y las coordenadas obtenidas en el mapa, conforman el Sistema de Coordenadas Local.
• En España se utilizan muchas proyecciones diferentes según las aplicaciones, pero la más generalizada es U.T.M. (Universal Transverse Mercator).

Categorías de Posicionamiento

• Punto simple o relativo.
• Estático o cinemático.
• Tiempo real o post proceso.

Modos de Posición

• Autónomo o Punto singular.
• Diferencial de código.
• Diferencial de fase.
• SBAS.
• OMNISTAR.

Inicialización RTK

• Resuelve o “fija” el número de satélites.
• Requiere un mínimo de 5 satélites.
• Se chequea cada 17 segundos.
• Es automático, tan pronto como coge los satélites se encarga de resolverla.
• Se realiza en el momento que obtiene 4 satélites comunes en ambos receptores, base y móvil.
• Debe realizarse antes de empezar a trabajar.

Composición de una Pareja de Receptores

Equipos de Base

Equipos GPS Hiper Plus

Equipos GPS GR3

Controladoras para Equipos GPS

SBAS (Sistema de Ampliación Basado en Satélite)

• Satélites geoestacionarios que mejoran la precisión, integridad y disponibilidad de las señales GPS.
• Ejemplos: WAAS en América, EGNOS en Europa.

OMNISTAR

• Varios satélites geoestacionarios. Cobertura mundial.
• Precisión submétrica (VBS): El satélite radia las correcciones diferenciales calculadas en múltiples estaciones de referencia terrestres. El receptor procesa, en base a su posición aproximada (por código), las mejores correcciones en base a cálculo por mínimos cuadrados.
• Precisión decimétrica (HP): Mismo sistema con correcciones para doble frecuencia (RTK flotante).

Equipos mmGPS de Maquinaria

• El sistema GPS / mmGPS permite soluciones y tecnología adaptable a cualquier situación de obra.
• Precisión progresiva bajo la misma plataforma: De 3 cm hasta 5 mm.
• El láser permite estabilizar la cota.
• Con una zona de 300 metros de distancia y 10 de desnivel, podrá:
  • Trabajar a distintas alturas.
  • Trabajar con varios equipos a la vez.
  • Enganchar hasta 4 emisores láser simultáneamente = 2,4 km.

Redes GPS

• ¡Siempre conectadas! Operativas 24 horas cada día, siete días a la semana con RTK instantáneo activado.
• Elimina la necesidad de tener y operar el propio receptor base.
• Común sistema de coordenadas que elimina errores de proyección.
• Comunicaciones limpias y fiables vía teléfono móvil o módem.
• Elimina problemas debidos a errores en la posición de las bases.
• Permite medidas adicionales para redundancia.
• Incrementa las capacidades de post-procesado.
• Incrementa la producción en campo.
• Da mayor independencia.

Trigonometría

DR = DG * sen V

t = √(dg² - dr²)

DZ = t + i - m

Tablas de Cotas

COTA + L TRASERA - L DELANTERA DE ABAJO

CIERRE = LA ÚLTIMA COTA EXTRAÍDA - LA COTA DE A

Taquimetría

DR = DG * sen V (v = lectura vertical)

t = √(dr² - dg²)

Δz = t + i - m

X = Xbr + DR * sen(LH)

Y = Ybr + DR * cos(LH)

Z = Zbr + ΔzSS

Aplicaciones del GPS

Dime tres aplicaciones del GPS en la actualidad:

• Levantamientos geodésicos: El GPS permite realizar mediciones precisas del terreno, mejorando la eficiencia y exactitud en los levantamientos topográficos necesarios para proyectos de construcción.
• Aplicaciones en ciencia.
• Levantamientos topográficos: El GPS se utiliza para realizar mediciones precisas del terreno, facilitando la creación de planos y estudios geoespaciales en proyectos de construcción.