M2 carto ii parte 2
- 1. CARTOGRAFÍA II Lic. RICARDO MANSILLA rrmansilla@gmail.com Módulo 2 – Parte 2
- 2. Sistemas Globales de Navegación Satelital (GNSS) “Un Sistema Global de Navegación Satelital está formado por una constelación de satélites de cobertura global que emiten señales de posicionamiento y tiempo para usuarios localizados en el terreno, aeronaves o el transporte marítimo.” (Departamento de Geografía – Facultad de Ciencias – UN Uruguay).
- 3. Sistemas Globales de Navegación Satelital (GNSS) “Un Sistema Global de Navegación Satelital está formado por una constelación de satélites de cobertura global que emiten señales de posicionamiento y tiempo para usuarios localizados en el terreno, aeronaves o el transporte marítimo.” (Departamento de Geografía – Facultad de Ciencias – UN Uruguay).
- 4. Sistemas Globales de Navegación Satelital (GNSS) Existen diversos sistemas GNSS: • GPS (Estados Unidos) • Glonass (Rusia) • Galileo (Europa) • Beidou (China) • IRNSS (India)
- 5. • En 1973 el Departamento de Defensa de Estados Unidos desarrolló un sistema de posicionamiento con fines militares. • El 8 de diciembre de 1993 el sistema tiene Capacidad Operativa Inicial (IOC) cuando se tuvieron 24 satélites disponibles. • En 1994 el sistema es operativo en su totalidad y se vuelve una herramienta de uso corriente en levantamientos y apoyo a la navegación. G.P.S. (Global Positioning System) Sistema de Posicionamiento Global
- 6. NAVSTAR- GPS significa NAVigation System and Ranging - Global Positioning System (‘sistema de navegación y determinación de alcance, y sistema de posicionamiento mundial’). G.P.S. (Global Positioning System) Sistema de Posicionamiento Global
- 7. Permite obtener coordenadas bi o tridimensionales de puntos en el terreno El objetivo del GPS es auxiliar las actividades de navegación y la realización de levantamientos geodésicos y topográficos El sistema opera independientemente de las condiciones meteorológicas pero éstas pueden interferir en la precisión de los resultados del sistema. G.P.S. (Global Positioning System) Sistema de Posicionamiento Global
- 8. Su localización es: 37° 23.323’ N 122° 02.162’ W Segmento de Control Segmento Espacial Segmento del Usuario Componentes del Sistema
- 9. • Segmento espacial: • Constelación de 24 satélites + 6 de backup , con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie terrestre. • Divididos en 6 planos orbitales de 4 satélites cada uno. • La energía eléctrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a partir de dos paneles compuestos de celdas solares adosados a sus costados. • Segmento de control: • 18 estaciones. • Envían información a los satélites para controlar las órbitas y realizar el mantenimiento de toda la constelación. • Segmento de usuario: • Usuarios de diversos ámbitos. Receptores. Componentes del Sistema
- 10. Segmento espacial 24 Satélites: 6 planos orbitales inclinados 55° respecto al ecuador Elevación: 20.200km Periodo orbital: 12 horas
- 11. Segmento espacial • La configuración de la constelación asegura que, con pocas excepciones, siempre haya un mínimo de cuatro satélites visibles desde cualquier punto de la Tierra. • Existen orbitando más de 24 satélites, sin embargo sólo 24 operan en forma permanente; algunos ya terminaron su vida útil o entran en acción cuando los operativos presentan problemas. • La constelación de satélites no debería ser inferior a 24 satélites, puesto que con menos no es posible ofrecer una cobertura global de 3 o más satélites en cualquier punto de la Tierra. • Los satélites están equipados con relojes atómicos activados por osciladores de Cesio y Rubidio.
- 12. Segmento de Control Estaciones de Control : Reciben y transmiten información de y hacia los satélites La estación maestra de control está localizada en Colorado Springs, California, EE. UU.
- 13. Segmento de Control – Cubrimiento inicial
- 14. Segmento de Control – Cubrimiento actual
- 15. Segmento de Control • Hacer el monitoreo y control continuo de los satélites • Comunicación bidireccional con los satélites (Master Station). • Cálculo de parámetros orbitales y correcciones y envío desde las estaciones de control a los satélites para su posterior transmisión a los usuario del sistema. Estas estaciones realizan las siguientes funciones:
- 16. Segmento de Control Productos • Efémerides transmitidas (cada 2 hs.) • Datos inosféricos-troposféricos • Estado de los relojes de los satélites (sincronización de tiempo)
- 17. Segmento de Usuarios Este subsistema está compuesto por todos los usuarios de las señales de la constelación (aplicación del sistema). Las funciones son: • Sintonizar las señales emitidas por los satélites • Decodificar el mensaje de navegación. • Medir el retardo de la señal (desde el transmisor hasta el receptor) a partir de los cuales se calcula la posición. • Presentar la información de la posición.
- 18. Receptores GPS • ELEMENTOS IMPRESCINDIBLES • Antena • Sección de Radiofrecuencia • Microprocesador + Firmware • Oscilador • Fuente de Alimentación • ELEMENTOS ACCESORIOS • Interfaz de usuario • Puertos de comunicación • Dispositivo de retransmisión • Conexión frecuencia externa Oscilador Segmento de Usuarios
- 19. Segmento de Usuarios Equipos Profesionales Captura de datos GIS Levantamientos Topográficos y Geodésicos Geofísica Apoyo Fotogramétrico Etc Equipos de Recreación Trayectoria de un Vehículo Deporte Pesca Etc
- 22. Antenas • VERDADERO “SENSOR” • Tiene por objeto convertir la radiación electromagnética procedente de los satélites en señal eléctrica • Poseen un dispositivo que amplifica la señal recogida, para que luego ésta sea interpretada en la etapa de Radiofrecuencia • ¿CUÁL ES LA ADECUADA? • Precisión y uso • Capacidades • Tamaño • Precio Receptores GPS
- 24. • Portadoras • L1 • L2 • Códigos • C/A • P • Mensaje de Navegación Estructura de la señal
- 25. Señales L1 L2 Frecuencia 1575.42 MHz 1227.60 MHz Códigos C/A – P1 P2 Mensaje de Navegación Mensaje de Navegación L1 : Uso comercial - Codigo C/A (Pocionamiento Estándar ) L2: Usuarios autorizados - Código P (Servicio de Posicionamiento Preciso) Mensaje de Navegación: Efemérides, Almanaque, Corrección del Reloj del Satélite, Estado de Salud de los Satélites, Modelos para Corregir Errores Atmosféricos. Estructura de la señal
- 26. • La ubicación de los satélites puede ser determinada por la información contenida en: • Almanaque: (un conjunto de valores con 5 elementos orbitales), estos parámetros son transmitidos por los propios satélites. La colección de los almanaques de toda la constelación se completa cada 20 minutos y se guarda en el receptor GPS. • Efemérides: cada satélite emite sus propias efemérides, en la que se incluye la salud del satélite (si debe o no ser considerado para la toma de la posición), su posición en el espacio, su hora atómica, etc.. Mensaje de Navegación
- 27. Funcionamiento El GPS funciona mediante señales codificadas que pueden ser procesadas en un receptor permitiendo calcular su posición, velocidad y tiempo. Se utilizan cuatro señales para el cálculo de posiciones en tres dimensiones y de ajuste del reloj del receptor.
- 28. Todos los puntos de esta esfera cumplen con la condición de estar a una distancia de 19.900km del satélite 19.900km Una medida da la posición sobre la superficie de una esfera Trilateración
- 29. 20.300Km 19.900Km La intersección de dos esferas es una circunferencia Una segunda medida localiza en la intersección de dos esfera Trilateración
- 30. 20.300Km 19.900Km La intersección de tres esferas genera dos puntos 20.500Km Una tercer medida nos da sólo dos soluciones posibles Trilateración
- 31. Trilateración En teoría tres Satélites serían suficientes ya que uno de los dos puntos es una solución ridícula: • Por no ubicarse en la superficie de la tierra • Por desplazarse a gran velocidad En la práctica una medida adicional a un cuarto satélite es necesaria: • Para cancelar el error del reloj del receptor
- 32. Trilateración En la práctica una medida adicional a un cuarto satélite es necesaria: • Para cancelar el error del reloj del receptor
- 33. Aquí es donde se localiza la posición 4 seg Relojes Precisos 2 seg
- 34. Posición desfasada a causa que el reloj está atrasado 1seg 3 seg. Medida incorrecta 5 seg. Medida incorrecta Situación real: Pseudodistancias provocadas por el Error del Reloj del Receptor Relojes Desfasados
- 35. 4 seg 5 seg. Medida incorrecta 7 seg. Medida incorrecta Las tres esferas no se intersectan en un punto Relojes Desfasados
- 36. 4 3 El sistema se basa en la medición de distancias a cada uno de los Satélites1 2 Una vez medida las distancias al Satélite, es necesario saber la posición de los Satélites (Efemérides) Para medir las distancias se emplean los códigos y el Tiempo de los relojes atómicos Estos datos son utilizados para calcular Coordenadas por medio de la TRILATERACION Funcionamiento
- 37. SPS, Servicio de posicionamiento padrón (Standard Positioning Service). Desde el 1º de mayo de 2000 se desactivó el código Selective Availability mejorando la precisión de las medidas. Estructura de la señal
- 38. La Precisión depende de varios factores: • Tipo de Receptor y Antena GPS • Fuentes de error típicas del Sistema • Posición relativa de los satélites (DOP) • Método de Medición Precisión
- 39. •Autónomo •Precisión entre 10 y 15 metros •Diferencial •Precisión submétrico hasta milimétrico Modos de posicionamiento
- 40. • Se deben observar al menos 4 satélites • Conociendo la distancia a cada satélite y la posición XYZ de los satélites en el sistema cartesiano ortogonal, puede calcularse la posición del receptor. • Navegación y trabajos de mapeo de baja precisión Modos de posicionamiento Autónomo o Absoluto
- 41. • Precisión entre 8m y 12m. • Un solo receptor trabajando con el código C/A modulado en la portadora L1. • Posicionamiento en tiempo real. Modos de posicionamiento Autónomo o Absoluto
- 42. S4 S2 S1 X Y Z XS1 YS1 ZS1 D1 P YP XP ZP D2 D3 D4 0 S3 Modos de posicionamiento Autónomo o Absoluto
- 43. Modos de posicionamiento Autónomo o Absoluto
- 45. Modos de posicionamiento Autónomo o Absoluto
- 46. DOP (Diluition of Precision): indica la precisión de los resultados a ser obtenidos. Depende de la geometría de los satélites en el momento del cálculo de la posición. No es lo mismo que los 4 satélites estén muy separados (mejor precisión) que estén máspróximos (menor precisión). El DOP se divide en varios términos: •GDOP (Geometric DOP), suministra una incertidumbre como consecuencia de la posición geométrica de los satélites y de la precisión temporal. • PDOP (Position Dilution of Precision), 3D • HDOP (Horizontal Dilution of Precision), Latitud y Longitud • VDOP (Vertical Dilution of Precision), Altura • TDOP (Time Dilution of Precision), Tiempo Geometría de los Satélites
- 47. Geometría de los Satélites
- 48. • Mejora la precisión - Intenta anular errores propios del sistema • Estos errores pueden provenir de diversas fuentes: los relojes de los satélites, las órbitas y el viaje de la señal a través de la atmósfera. • Consiste en dos receptores que miden en forma simultánea. • Se calcula con mucha precisión el vector que separa los dos receptores GPS. • Uno de los puntos debe tener coordenada conocida MARCO DE REFERENCIA Diferencial Modos de posicionamiento
- 50. Diferencial Modos de posicionamiento • ESTÁTICO • CINEMÁTICO • TIEMPO REAL (RTK) Modos:
- 51. Diferencial Modos de posicionamiento Estático 2 Ó MÁS RECEPTORES FIJOS MIDIENDO EN FORMA SIMULTÁNEA NECESIDAD DE UN PUNTO CON COORDENADAS CONOCIDAS
- 52. Diferencial Modos de posicionamiento Cinemático 2 Ó MÁS RECEPTORES MIDIENDO EN FORMA SIMULTÁNEA, UNO FIJO. NECESIDAD DE UN PUNTO CON COORDENADAS CONOCIDAS
- 53. Post-Proceso La información recopilada en la base y el móvil es bajada a una computadora que contenga un software que realice la corrección diferencial GPS Base Software de PostProceso Móvil
- 54. Diferencial Modos de posicionamiento Tiempo real (RTK) Las corrección diferencial se realiza mediante un enlace radial
- 55. Ejemplo de Posicionamiento Diferencial Chaltén Glaciar Upsala Modos de posicionamiento
- 56. Estaciones Permanentes GPS Base Orcadas - Antártida Ushuaia – Tierra del Fuego P.N. Lihue Calel – La Pampa El Chaltén – Santa Cruz Mina Alumbrera - Catamarca Glaciar Upsala – Santa Cruz BORC AUTF LHCL CHLT ALUM ECGU
- 57. Fuentes de errores Se refieren fundamentalmente a : • Las características del sistema • las condiciones operacionales • Características del receptor
- 58. Fuentes de errores Error proveniente de los satélites: • Orbita: corresponde a errores en las coordenadas del satélite. • Reloj: se refiere a diferencias entre el reloj del los satélites y el del Receptosr GPS. • Relatividad: incluye errores relativos a orbitas, tiempo, propagación de las señal y de los relojes de los receptores. • Dificultades en el funcionamiento del hardware del satélite.
- 59. Fuentes de errores El error proveniente de la propagación de la señal: • Refracción atmosférica: es la responsable por la disminución de la potencia de la onda. • Refracción ionosférica • Multicamino o señales reflejada • Rotación de la Tierra
- 60. Retrasos Atmosféricos La señal GPS es retrasada en su paso por la atmósfera Ionósfera Tropósfera BaseMóvil > 15 km< 15 km Base
- 61. Retrasos Atmosféricos La ionósfera tiene muy baja densidad, pero es ionizada por la energía solar y rayos cósmicos. La estratósfera es un poco mas densa. Muy poca o ninguna ionización La tropósfera es muy densa. Contiene 90% de las moléculas de la atmósfera. Allí es donde ocurren los fenómenos climáticos. Ionosfera: 60 - 1000 km Estratosfera: 10 - 60 km Troposfera: 0 - 10 km
- 62. 13° grados sobre el Horizonte Máscara de Elevación
- 63. Obstrucciones Cualquier Sólido: Cerros, Árboles, Construcciones, etc
- 64. Multipath
- 65. Fuentes de errores Error de operación: • Constelación. • Localización del punto. Es el error equivalente en distancia al usuario • Visibilidad de los satélites.
- 74. Glonass (Global Navigation Satellite System) • El primer satélite es lanzado en 1982. • La vida útil de esos satélites era de 1-2 años, menor que los de GPS. • Entre 1982 y 1995 se lanzaron 64 satélites de corta vida útil. • Poseía una exactitud similar a la del GPS para usos civiles y transmitía en frecuencias distintas al sistema estadounidense. • Después de la caída de la U.R.S.S. se abandonó por falta de financiación. • Esta constelación (incompleta) se utiliza de apoyo al sistema GPS.
- 75. • Acuerdos con China para el apoyo financiero y con EEUU para la compatibilidad e interoperabilidad le han dado un nuevo impulso. • Hoy existen 25 satélites operando • Los satélites se encuentran a 19.000 km. en tres orbitas de 120º. • El 1º de enero de 2007 se suprimió las restricciones concernientes al margen de error (30 metros). Glonass (Global Navigation Satellite System)
- 76. Creado por la ESA (European Space Agency) es el primer sistema mundial de navegación por satélite concebido para fines civiles Es la versión mejorada de EGNOS (European Geoestationary Navegations Overlay Service) que era un proyecto de la Agencia Espacial Europea, Comisión Europea y Organización Europea para la seguridad de la Navegación Aérea. Constituido por 3 satélites geoestacionarios y una red de estaciones terrestres. Compatible con GPS y Glonass. Galileo
- 77. • 30 satélites (27 operacionales y 3 de reserva) con una vida útil de 12 años • Altitud de 29.600 km. en su semieje mayor dispuestos en tres órbitas • Inversión total de 3.800 millones de euros Galileo
- 78. Galileo Ofrece cuatro tipos de servicios: • Open Service (OS), servicio abierto: proporcionará servicios de posicionamiento, navegación y tiempo, sin costo, compitiendo con el Servicio de Posicionamiento Padrón SPS del GPS y su evolución. • Safety-Of-Life Service (SOL), servicio de seguridad de la vida humana: sujeto a los padrones aeronáuticos, marítimos y ferroviarios.
- 79. Ofrece cuatro tipos de servicios: •Public Regulated Service (PRS), servicio público regulado: para aplicaciones dirigidas a sectores gubernamentales autorizados, tales como policía, guardia costera y actividades estratégicas. • Commercial Service (CS), servicio comercial: para uso profesional que genera renta, proporcionando valor agregado al OS y con garantía de servicio Galileo
- 80. Desarrollado por China es alternativo al GPS y Galileo, comenzó a funcionar en 2008. El sistema llevará el nombre chino de "Beidou" (brújula), según la agencia oficial Xinhua. Este sistema cuenta con 35 satélites, cinco de órbita terrestre geoestacionaria y 30 satélites de órbita terrestre media. Cinco estaciones terrestres. Beidou
- 81. El sistema ofrecerá dos tipos de servicios: • Uno abierto que dará una posición con un margen de 10 metros de distancia. • Otro para determinados clientes, ofrecerá servicios más precisos y con mayores medidas de seguridad. Beidou
- 82. Comenzo a funcionar en 2010 Constelación de siete satélites geoestacionarios. Su costo estimado 395 millones de dolares Su objetivo es ofrecer servicios de navegación a autos, trenes y aviones. Organización India de Investigación Espacial (ISRO) ha desarrollado una técnica para cubrir la región con sólo una constelación de siete satélites. IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System)
- 83. • Navegación terrestre (y peatonal), marítima y aérea. • Teléfonos móviles. • Topografía y geodesia. • Construcción (Nivelación de terrenos, cortes de talud, tendido de tuberías, etc.). • Localización agrícola (agricultura de precisión), ganadera y de fauna. • Salvamento y rescate. • Deporte, acampada y ocio. • Para localización de enfermos, discapacitados y menores. • Aplicaciones científicas en trabajos de campo. • Para rastreo y recuperación de vehículos. • Navegación deportiva. Aplicaciones Civiles
- 84. • Deportes aéreos: parapente, ala delta, planeadores, etc. • Sistemas de gestión y seguridad de flotas. Aplicaciones Civiles • Navegación terrestre, aérea y marítima. • Guiado de misiles y proyectiles de diverso tipo. • Búsqueda y rescate. • Reconocimiento y cartografía. Militares