PRACTICA “RECONOCIMIENTO DEL GPS”

GEODESIA POSICIONAL

OBJETIVOS

GENERAL
* Conocer el manejo basico del GPS, su aplicación en los trabajos de campo y las características que permitan realizar una practica de manera adecuada y precisa, teniendo en cuenta las especificaciones del profesor y los conocimientos teóricos vistos en clase.

ESPECÍFICOS
* Realizar el apropiado posicionamiento del equipo de manera que se determinen los satélites relacionados con el GPS para iniciar el levantamiento.

* Establecer el tiempo necesario de cada uno de los procesos que debe realizar el GPS de manera que la información captada sea correcta.

* Reconocer los tipos de obstaculos que impidan la captura de datos de la forma adecuada, de manera que se pueda identificar el tipo de error que este puede generar.

* Generar las nuevas coordenadas de los mojones de la Universidad utilizados como referencia para la practica con los datos obtenidos, teniendo en cuenta los puntos de amarre (antena del Edificio Vivero y antena de Ingeominas) y las comparaciones realizadas entre estos puntos.


INTRODUCCION

La georreferenciación de objetos espaciales, a través de G.P.S, es uno de los adelantos mas reconocidos de la última década, la globalización ha hecho una invitación general para hacer uso de este tipo de tecnologías lo cual hace necesario que el ingeniero en topografía en formación, posea conocimientos clarossobre el tema, que le permitan, realizar un trabajo eficaz, efectivo, correcto y con objetivo, llegando a minimizar costos, tiempo y trabajo.
En este contexto se plantea el espacio académico de geodesia posicional, con el fin de interactuar con las tecnologías vigentes, ademas de lograr edificar conocimientos claros que permitan en un futuro, conformar ideas de proposición de nuevas alternativas de modelación por parte del ingeniero en formación.
De esta manera, en este corto trabajo se empieza por plasmar los conocimientos adquiridos hasta hoy, ademas de una substanciosa reseña del procedimiento en clase, asimismo se plantean unas remembranzas referidas a las recomendaciones a seguir en campo, que finalmente se convierten en la culminación de los objetivos planteados.

MARCO TEORICO

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (G.P.S) Global Positioning System
Es un sistema mundial de navegación guiada por satélites para determinar la posición de un objeto con respecto a todo el planeta y una precisión dependiendo de qué GPS es utilizado y con qué método trabaje, dónde puede tener una precisión desde centímetros hasta de unos pocos metros.

Los sistemas que actualmente se encuentran en el mundo son:

* NAVSTAR-GPS Estados Unidos
*GLONASS Federación Rusa
*Galileo Unión Europea
*Beiduo República Popular China

* NAVSTAR-GPS cuenta con 24 satélites artificiales (21 regulares mas 3 de respaldo) y sus respectivas estaciones en tierra proporcionandoinformación para el posicionamiento las 24 horas del día sin importar las condiciones del tiempo.

1. Funcionamiento
El sistema GPS tiene por objetivo calcular la posición de un punto cualquiera en un espacio de coordenadas (x,y,z), partiendo del calculo de las distancias del punto a un mínimo de tres satélites cuya localización es conocida. La distancia entre el usuario (receptor GPS) y un satélite se mide multiplicando el tiempo de vuelo de la señal emitida desde el satélite por su velocidad de propagación.

La situación de los satélites puede ser determinada de antemano por el receptor con la información del llamado almanaque (un conjunto de valores con 5 elementos orbitales), parametros que son transmitidos por los propios satélites. La colección de los almanaques de toda la constelación se completa cada 12-20 minutos y se guarda en el receptor GPS.

2. Fuentes de Error en los GPS
Los errores que afectan las mediciones con G.P.S. se pueden agrupar en tres tipos diferentes:
*Errores Propios del Satélite
*Errores Originados por el Medio de Propagación
*Errores en la Percepción
2.1 Errores Propios del Satélite
* Errores Orbitales o de efemérides, que afectan la determinación de la posición del satélite en un instante determinado con respecto a un sistema de referencia dado. Estos errores se originan debido a que no se conocen con la exactitud necesaria las órbitas de los satélites.

* Errores de Reloj Aunque sumamente precisos, losrelojes atómicos pueden presentar variaciones debido a la deriva propia del instrumento y a la acción de los efectos relativísticos que originan un diferencial del tiempo entre el sistema del satélite y del sistema del G.P.S. Este diferencial de tiempo no es constante para todos los satélites, sin embargo, estos errores, de muy poca magnitud, son ajustados por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

* Errores de Configuración Geométrica El efecto de la geometría en la ubicación de los satélites utilizados en la determinación de un posicionamiento queda expresado por los parametros de la dilación de precisión geométrica (DPG).
Los parametros de la DPG resultan en una medida compuesta que refleja la influencia de la geometría de los satélites sobre la precisión combinada de las estimaciones del tiempo y posición de la estación.

Los cuatro parametros de la dilación de precisión geométrica son:
* PDOP: Dilación de precisión para la posición
* HDOP: Dilación de precisión horizontal
* VDOP: Dilación de precisión vertical
* TDOP: Dilación de precisión del tiempo

La configuración geométrica ideal se da cuando la posición relativa entre satélites forma angulos agudos. Por el contrario, una configuración geométrica pobre se da cuando los satélites estan alineados o su posición relativa forma angulos llanos.

2.2 Errores Originados por el Medio de Propagación

Como se mencionó anteriormente, los calculos en el posicionamiento por satéliteasumen que la señal viaja a una velocidad constante igual a la de la luz. Sin embargo, la velocidad de la luz se mantiene constante solamente en el vacío. Cuando la señal penetra la ionosfera y la troposfera debido a los cambios en densidades de las diferentes capas, se producen las refracciones ionosféricas y troposféricas, reduciendo la velocidad de la señal. Actualmente los receptores de G.P.S. toman en cuenta estas demoras haciendo las correcciones pertinentes.

* Error por Ruta Múltiple (MultiPath)
Se origina debido a la posibilidad de que una señal reflejada por objetos ubicados en la superficie de la Tierra lleguen al receptor por dos o mas trayectorias diferentes, tal y como se muestra en la figura.
Para minimizar los efectos del multipath se han desarrollado técnicas avanzadas de procesamiento de señales así como antenas para filtrar las señales que llegan de diferentes direcciones.

2.3 Errores en la Percepción
Por ser los errores en la recepción solamente dependientes del modo de medición y del tipo de receptor, en el presente capítulo solamente haremos mención de ellos.
Los errores en la recepción son el ruido, centro de fase de la antena, errores del reloj oscilador el error de disponibilidad selectiva (S/A), el cual es una degradación de la señal del satélite causada en forma intencional por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
El error de disponibilidad selectiva se corrige mediante la técnica de la corrección diferencial, enla cual se usa un receptor en una estación base cuya posición sea conocida con precisión y un receptor en el punto que se desea ubicar, recolectando datos simultaneamente, como muestra la figura.
Con la información obtenida en la estación base se calculan los diferenciales o correcciones que deben aplicarse a las mediciones del receptor en la estación del punto a ubicar.
3. Componentes del Sistema GPS
Un sistema G.P.S. esta compuesto por el segmento espacial conocido como la constelación NAVSTAR conformado actualmente por 24 satélites (21 regulares mas 3 de respaldo), el segmento de control conformado por estaciones de control master y de alimentación y el segmento usuario constituido por los receptores, recolectores de datos y programas de aplicación o software.

3.1 El Segmento Usuario
El Receptor, como su nombre lo indica es el instrumento que recibe y decodifica la señal del satélite calculando las coordenadas del punto deseado.
Los receptores varían en precisión, tamaño, peso, capacidad de almacenamiento de datos y número de satélites que utilizan para calcular posición.
En la actualidad los receptores G.P.S. estan diseñados con la tecnología de canales múltiples paralelos conteniendo entre 5 y 12 circuitos receptores sintonizados cada uno ellos a la señal de un satélite en particular.

Los componentes basicos de un receptor G.P.S. son

1. Antena con preamplificador para recibir la señal.
2. Sección de radio frecuencia o canal.
3.Microprocesador para la reducción, almacenamiento y procesamiento de datos.
4. Oscilador de precisión para la generación de los códigos pseudo-aleatorios utilizados en la medición del tiempo de viaje de la señal.
5. Fuente de energía eléctrica.
6. Interfases del usuario constituidas por el panel de visualización y control o pantalla teclado de comandos y manejo de datos.
7. Dispositivo de almacenamiento de datos o memoria de
Almacenamiento.

3.1 El Segmento Espacial
Cada uno de los satélites de la constelación NAVSTAR transmite dos señales de radio, L1 con una frecuencia de 1.575,43 MHz y L2 1.227,6 MHz. La señal L1 se modula con dos códigos de ruido pseudoaleatorios (Pseudo Random Noise, PRN), denominados Servicio de Posicionamiento Preciso (PPS) o código P o protegido, el cual puede ser encriptado para uso militar y el código de adquisición grueso (C/A Coarse/Adquisition) conocido como Servicio Estandar de Posicionamiento (SPS).
La señal L2 se modula solamente con el código P. La mayoría de los receptores de uso civil usan el código C/A para obtener la información del sistema G.P.S
Ademas de los códigos, los satélites transmiten a los receptores información en un paquete de información repetitivo de cinco diferentes bloques con duración de 30 segundos.

*Bloque 1: Contiene los parametros de corrección de tiempo y refracción ionosférica
*Bloques 2 y 3: Contienen información orbital y precisa para el calculo de efemérides
*Bloques 4 y 5:Con información orbital aproximada de todos los satélites del sistema en operación, tiempo universal coordinado, información ionosférica e información especial.

4. Precisiones con GPS
La precisión obtenida con equipos G.P.S. puede variar en un rango entre milímetros y metros dependiendo de diversos factores.
Es importante mencionar que la precisión obtenida en la determinación de las coordenadas horizontales (Norte y Este) es de dos a cinco veces mayor que la determinación en la coordenada vertical o cota.
En general la exactitud obtenida en mediciones con G.P.S. dependen de los siguientes factores:

*Equipo receptor
* Planificación y procedimiento de recolección de datos
* Tiempo de la medición
* Programas utilizados en el procesamiento de datos

Existen dos tipos de exactitudes, la absoluta y la diferencial. En cuanto a la exactitud absoluta, utilizando el Servicio Estandar de Posicionamiento (SPS) se pueden obtener exactitudes en el orden de 20 m.
Si se usa el Servicio Preciso de Posicionamiento (PPS), o código P se pueden obtener exactitudes entre 5 y 10 m.
En cuanto a la exactitud diferencial, se pueden obtener exactitudes de hasta ± 0,1-1 ppm y en proyectos científicos con equipos adecuados y un riguroso control en todas las etapas del trabajo se pueden lograr exactitudes de ± 0,01 m ± 0,1 ppm.

5. Sistemas de Coordenadas
El modelo matematico que mejor se ajusta a la superficie del geoide en un area determinada queda definido porla relación entre un punto en la superficie topografica escogida como origen del datum y el elipsoide.

Un datum queda definido por el tamaño y forma del elipsoide y la ubicación del centro del elipsoide con respecto al centro de la Tierra.

PROCEDIMIENTO

* Llegamos al lugar de trabajo donde nos correspondía tomar los datos a través del GPS, hicimos una pequeña introducción del manejo basico del equipo (encender, grabar y apagar) y donde se debían ajustar los datos.

* Se armó equipo (GPS) y se niveló, luego se encendió por un lapso de tiempo de manera que empezara a recepcionar las ondas de satélites cercanos.

* Se midió la altura vertical y se anotaron los datos correspondientes en la cartera, después de 5 minutos del periodo de recepción satelital, se inició la recepción y colección de datos (se oprime el botón de grabar por 30 segundos para que empiece a recolectar puntos de la zona), por un tiempo estimado de 1 hora y 15 minutos.

* Después de este lapso de tiempo se finaliza la recolección de datos y se apaga el equipo, se desarma y se procede a descargar los datos tomados por el GPS, estos estan en un formato (.tps) que se deben pasar a un formato (.RNX) rinex, los cuales haran parte de la próxima practica.



DIAGRAMA DE OBSTACULOS

A continuación esta la tabla de la cartera tomada en campo

Notas de campo Practica Nº 1 “RECONOCIMIENTO DEL GPS” |

H vertical del equipo | 1.23 m | Después de los 5 minutos dereconocimiento |
Hora de inicio | 1:25 pm | 1:30 pm |
Satélites encontrados | 8 Satélites | Satélites encontrados |
Tiempo de recolección de datos. | 1:31 pm – 2:46 pm | 9 satélites |
Satélites finalizados | 8 Satélites | Nota: incluidos los 30 seg. Del encendido del colector. |

Numero del equipo | 10 (p/n 01-840802-06) | s/n 384-7592_Marca TOPCON |

Posicionaron | Ana Victoria Acosta MorenoHasleidy Gordillo Sanchez Marlly Jinneth Hernandez LinaresDuvan Andrés Mayorga PinillaErika Cristina Solano RomeroEdna Margarita Vargas Sanchez | 201010320012010103201220101032013201010320182010103203320101

032036 |

IMPRONTA PUNTO SELECCIONADO

RECOMENDACIONES

* Cerciorarse de cual es el estado de los radios del equipo si estan prendidos o apagados ya que esto nos permite saber si se esta trabajando de forma cinematica o estatica respectivamente; Esto se hace con el fin de evitar errores al momento de interpretar los datos.

* Determinar el tipo de punto en el cual se va a trabajar si es la estación fija o receptores móviles (ROVER).

* Determinar la distancia del punto estudiado a la estación de amarre con el fin de proporcionar un tiempo suficiente de recepción por Km base logrando un levantamiento preciso.

* La instalación correcta del equipo :
* Centrado
* Orientación: que debe ser hacia la norte.

* Después de armado y prendido el equipo es recomendableesperar mínimo 5 minutos a que el equipo determine la mayor cantidad de satélites.

* Determinar la elevación de la mascara procurando eliminar al maximo los efectos atmosféricos, la interferencia causada por objetos cercanos (superficies reflectoras, edificios o infraestructura de altura considerable).

* Al momento de posicionar el equipo se ha de tener en cuenta que cerca de este no se encuentren cables de alta tensión, antenas de telecomunicaciones, transformadores… que causan una fuerte interferencia y nos cambian de manera drastica los datos reales.

* Cuando el equipo este ya centrado, se debe tener cuidado de tomar todos los datos necesarios como lo son la altura instrumental, la hora de inicio, el número de satélites de inicio, la hora de finalización del levantamiento y los satélites de salida, el diagrama de obstaculos (…); Debido a que al momento de los calculos estos datos son indispensables.
* En cuanto al número de satélites que detecta el equipo debemos trabajar con mínimo 4 ya que esto nos proporciona mayor presión y exactitud en los respectivos calculos.

* Aplicar las respectivas correcciones a los datos (corrección por lonosfera, troposfera, multitrayecto etc…) a fin de disminuir los errores.

* Teniendo los datos almacenados en el equipo, al ser descargados nos arroja datos en bruto tipo (.tps) que por medio de software deberan ser transformados a tipo RINEX (.rnx) para los respectivos calculos y analisis.