CLASE DE GPS
El sistema de posicionamiento global GPS, consta de 24 satélites artificiales y estaciones en tierra proporcionando información para el posicionamiento las 24 horas del día y en cualquier condición climática.
Fundamentos:
El sistema GPS se basa en la medición de distancias a partir de señales de radio transmitidas por los satélites cuya órbita se conoce con precisión y captadas y decodificadas por receptores ubicados en los puntos cuyas coordenadas queremos conocer.
Si medimos las distancias de un punto a por lo menos tres satélites es posible determinar por trilateración la posición de dicho punto.
1-Trilateración satelital: Dado que los satélites se encuentran girando alrededor de la tierra en órbitas predefinidas a una altura aproximada de 20200 km., siendo posible conocer la ubicación exacta en un instante de tiempo dado, los mismos se convierten en puntos de referencia en el espacio. Cuando un receptor capta la señal de un satélite y determina la distancia entre ambos nos está indicando que el receptor puede estar en una superficie dentro de una esfera de radio R1.
2.- Medición de distancia desde los satélites: La distancia de un satélite a un receptor se calcula midiendo el tiempo de viaje de la señal de radio del satélite al receptor. Conociendo la velocidad de viaje de la señal, la distancia se determina aplicando la ecuación de movimiento con velocidad uniforme
D = V x T Siendo:
D = distancia en Km. Del satélite al punto considerado.
V = velocidad de la señal de radio (aprox. la de la luz: 300.000 km/s) T = Tiempo de viaje de la señal en segundos.
3.- Precisión en la medida del tiempo: Debido a la velocidad de la señal y a la corta distancia de la tierra a la que se encuentran los satélites la medición del tiempo es difícil de realizar. El tiempo promedio que una señal tarda en viajar es de 0,067 seg. Esto hace que los relojes que se utilicen deban ser muy precisos. Los satélites portan relojes atómicos de precisiones de un nanosegundo, pero colocar estos relojes en los receptores sería muy costoso por lo que los receptores corrigen los errores en la medición mediante un cuarto satélite.
4.- Corrección de errores: Los errores que afectan las mediciones se pueden agrupar en tres tipos diferentes:
a.- Errores propios del satélite: Pueden ser errores orbitales o de efemérides que se producen porque no se conoce la posición de algún satélite en un instante determinado. También los relojes amen de ser muy precisos a veces presentan errores por la deriva propia del instrumento, aunque son muy pequeños y son corregidos permanentemente. También están los errores de configuración geométrica que quedan expresados en el parámetro denominado PDOP (dilación de precisión para la posición) que nos muestra si la geometría de los satélites involucrados respecto a la posición en cuestión es adecuada o no. La configuración geométrica ideal se da cuando los satélites tienen una posición relativa que forma ángulos agudos y es pobre cuando forma ángulos graves.
problemas.-c.- Error por ruta múltiple (multipath): Se produce cuandouna señal es reflejada por objetos ubicados en la superficie de la tierray llegan al receptor por 2 o más caminos diferentes.
Este error se resuelve con sistemas que procesan y rechazan las señales que no llegan directamente al receptor así como antenas que filtran las señales que llegan de diferentes direcciones.
e.- Errores en la recepción: Son fundamentalmente el ruido, centro de fase de la antena, del reloj oscilador y el error de disponibilidad selectiva (S/A), que es una degradación de la señal introducida por el dueño del sistema, entre otros.
Este último error se corrige mediante la técnica de la corrección diferencial para lo cual se usa un receptor en una estación base en la cual se conoce la posición con precisión y otro receptor en el punto a determinar.
El segmento usuario:
El receptor es el instrumento que recibe y decodifica la señal enviada por el satélite calculando las coordenadas del punto deseado.
Diferentes fabricantes proveen todo tipo de equipos que son permanentemente mejorados en variedad y presición haciendo sumamente popular y necesario su uso en las distintas disciplinas siendo en el campo de la Ingeniería Civil cada vez más extendido y necesario su uso para la modelación de la superficie terrestre.
Básicamente el receptor consta de antena con amplificador para recibir la señal, sección de radio frecuencia o canal, microprocesador para la reducción, almacenamiento y procesamiento de datos, oscilador para la creación de los codigos pseudoaleatorios utilizados para medir el tiempo de viaje de la señal, fuente de energia e interfaz de teclado, pantalla, etc.
El segmento de control: Como ya se mencionó, existen 24 satélites orbitando alrededor de la tierra, pero también hay cuatro satélites adicionales que giran alrededor de aquellos planos y que son monitoreados permanentemente como así también 5 estaciones de seguimiento y control en distintos puntos de la superficie terrestre. Hay una estación de control maestro que calcula con los datos de las estaciones de seguimiento la posición de los satélites en las orbitas (efemérides), los coeficientes para las correcciones de los tiempos y transmiten esta información a los satélites.
adquisición grueso C/A conocido como Servicio Standard de Posicionamiento (SPS). La señal L2 se modula solamente con el código P.
Precisiones con GPS: La precisión con GPS puede variar entre algunos milímetros a varios metros dependiendo de múltiples factores, aunque los más importantes son: El equipo receptor, planificación y procedimiento para la recolección de datos, tiempo de la medición y programas utilizados en el procesamiento de los datos.
Existen 2 tipos de exactitudes: la absoluta y la diferencial. Con la absoluta se pueden lograr precisiones de alrededor de 20 m. aunque puede reducirse a 10 si se usa el código P. Con la diferencial se consiguen exactitudes hasta por debajo del centímetro con los equipos actuales.
Datum: La superficie de la tierra podría ser representada en forma muy precisa por un elipsoide ajustado a la forma del geoide, pero el tamaño, forma y ubicación relativa del elipsoide respecto al geoide varia de acuerdo al lugar por lo que se han propuesto diferentes elipsoides para diferentes zonas sobre la tierra.
El modelo matemático que mejor se ajusta a la superficie del geoide en un área determinada queda definido por la relación entre un punto en la superficie topográfica 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 o dicho de otra forma el datum es el conjunto de parámetros que definen el punto donde se hacen coincidir el geoide con el elipsoide elegido a ese punto se lo denomina punto fundamental.
geográficas y las proyectan al sistema local de coordenadas de acuerdo al datum seleccionado.
A los fines de la realización de un trabajo práctico con el equipo GPS disponible es necesario conocer los conceptos que se indican a continuación:
Entidad: Cualquier elemento ubicado sobre el terreno que se desee registrar para luego enviarlo por ejemplo a una base de datos SIG (Sistema de Información Geográfica).
Puede ser un objeto real (una farola, un parque, un transformador, etc.) o algo invisible o intangible (gas, nivel de ruido, dosis de fertilizante, etc).
Hay cuatro clases de entidades:
- Puntual: Un punto que se debe registrar en modo estático, o sea se debe permanecer estacionario sobre el punto.
- Lineal: Una línea que se debe registrar en modo cinemático, se debe empezar a registrar al principio de la línea, desplazarse por la misma y parar el registro al final de esta.
- Area: Un área que se debe registrar en modo cinemático en general o multiestático si es un área de contornos regulares.
- Cuadrícula: Una serie de puntos uniformemente distribuidos.
Registrar una entidad: es guardar las características de la misma en la memoria del mobile mapper. El usuario introduce las características de la entidad y el receptor guarda la o las posiciones GPS que ha determinado para la misma.
Describir una entidad : Es asignar a todos los atributos de la entidad uno de los valores propuestos para dicha entidad.
Atributo: es un elemento descriptivo de una entidad.
Valor del atributo: Uno de los posibles valores que puede asignarse a una entidad.
Lista de entidades: Un archivo que contiene todas las entidades relevantes para un determinado trabajo. Cada entidad se define con un nombre, un determinado número de posibles atributos y la lista de posibles valores para cada atributo.
Inserción: Palabra que se utiliza para describir una entidad que se registra mientras se pausa otra.
FUNCIONES BÁSICAS: El equipo cuenta con 8 botones y un gran botón central de desplazamiento que tiene 3 funciones diferentes:
a) Para mover el cursor en la dirección escogida de un campo de datos a otro o de una opción del menú a la siguiente o anterior.
b) En un campo resaltado la flecha izquierda/derecha desplaza el cursor hacia adelante/atrás. La flecha arriba/abajo, incrementa/disminuye la cifra o la cadena resaltada.
c) En la pantalla de navegación Mapa permite pasar al modo de cursor y poder desplazar el cursor en todas las direcciones los 360º.
El botón In / Out : Acerca o aleja la imagen en una pantalla que contiene un mapa.
El botón NAV : permite ver las diferentes pantallas de navegación, ubicar waypoints y entidades o bien navegar a los mismos.
El botón LOG : Permite crear nuevo trabajo o abrir un existente. Con un trabajo y una entidad abiertos al pulsar LOG se accederá a la pantalla de atributos de la entidad. Con trabajo abierto sin entidad al pulsar LOG se accederá a la pantalla de selección de entidades.
El botón ENTER : Sirve para aceptar la introducción de los datos resaltados y ejecutar diversas funciones de la unidad.
El botón MENU : Proporciona acceso a diversas funciones como la configuración y la inicialización del receptor, la selección de objetivos de navegación y varias funciones de registros SIG.
El botón PWR : Enciende y apaga el aparato y pulsado 2 seg.activa la iluminación de la pantalla.
UTILIZACION DEL RECEPTOR:
a) Encender:Pulsar el botón rojo (pwr) para encender y pulsar enter varias veces hasta que aparezca la pantalla del acuerdo, volver a pulsar enter o se apagará.
b) Inicializar:La primera vez que se use el receptor: llevarlo a un lugar despejado, el receptor se inicializa cuando se lo usa por primera vez, cuando se desplaza más de 800 km del último lugar que se lo usó, cuando la memoria se ha borrado totalmente o cuando no se ha utilizado durante varios meses.
Para inicializar pulsar menú, ir a la opción configuración y dar enter , luego ir a inicializar y pulsar enter, seleccionar continente, luego país, y por último fecha y hora usando las flechas arriba y abajo bajar o subir las cifras y la derecha para desplazarse por los números. Con el campo listo resaltado pulsar enter y vuelve a la pantalla de configuración del menú.
c) Configurar: para configurar las funciones básicas: pulsar menú y seleccionar configuración, seleccionar sistema de coordenadas lat/lon (en oficina se puede transformar los datos tomados en el terreno al sistema de coordenadas que utilice el SIG que se está usando). Luego ir a datum de mapas y seleccionar WGS 84 (predeterminado), luego se eligen las unidades (predeterminadas km, m, km/h,ha.). luego seleccionar idioma.
REGISTRO DE NUEVOS DATOS GPS/SIG:
Llegado a este punto el receptor debería detectar diversos satélites GPS y se puede empezar a registrar datos. Para comprobar pulsar NAV (todas las veces que sea necesario hasta llegar a la pantalla de mapa y tiene que aparecer un triángulo del tipo Ud. Esta aquí, hay otras 7 pantallas que indican diversos datos como cuantos satélites se están captando (habría que detectar como mínimo 3 satélites o cambiar de lugar).
(letras y números), pulso listo cuando termine de poner el nombre. Luego selecciono una lista de entidades (constan de 3 elementos fundamentalmente: 1) el nombre del tipo de entidad (farola, carretera o parque), 2) atributos de la entidad (estado de la farola, número de bombillas, etc) y 3) los valores de esos atributos (estado bueno o deficiente, número de bombillas:2, 3, etc.). Se puede crear lista de entidades con el módulo editor de lista de entidades del mobile mapper office, o usar el que viene cargado como tutorial, selecciono por ejemplo la entidad farola y pulso enter, la grabación empieza inmediatamente tal como se ve en la pantalla de registro. Como la elegida es una entidad puntual debo estar quieto al pulsar enter, cuando termine de describir la entidad se habrán promediado las posiciones durante varios segundos con lo que tendré una mayor precisión. Selecciono atributos de la entidad que pueden ser de 3 tipos: 1) tipo menú (palabras o frases cortas que se puede seleccionar de una lista, ej: estado); 2) tipo numérico (selecciono un número de un intervalo dado) y 3) tipo texto: debo introducir una nota (ej: dirección más cercana). Así por ejemplo la entidad farola de la lista de entidades tutorial tiene los atributos estado, n° de bombillas y dirección más cercana.
Luego paso a introducir un valor del atributo estado (bueno o debe repararse o debe pintarse) selecciono uno y pulso enter, luego voy al atributo nº de bombillas y me llevará a una pantalla donde introduzco el nº de bombillas de la farola y pulso enter para grabar el nº. Por último selecciono el atributo dirección más próxima y pulso enter, y escribo los datos de calles, etc y luego me desplazo hasta la casilla aceptar y pulso enter para grabar. Puedo seguir registrando datos para esta entidad si quiero mejorar la precisión o bien detener el registro resaltando cerrar y pulsando enter.
Grabar una entidad lineal: para registrar una entidad lineal pulso la opción carretera en la pantalla de selección de entidades y pulso enter, luego pulso menú y voy a la opción intervalo de registro que indica al receptor la frecuencia con la que debe registrar ubicaciones y pulso enter, puedo seleccionar por tiempo(cantidad de segundos que deben pasar entre un registro y otro, o por distancia (nº de metros que se deben recorrer para el próximo registro), cuanto menor el intervalo más detalle en los registros. las entidades lineales son una cadena de puntos con líneas rectas trazadas entre ellos. Si quiero pausar el registro pulso menú, selecciono la opción pausar carretera y pulso enter. Esto permite esquivar obstáculos que no forman parte de la entidad o insertar una entidad dentro de otra.
Para insertar otra entidad una vez pausada la principal voy hasta el punto de inicio de la entidad a insertar pulso menú, selecciono la opción insertar entidad y pulso enter. Selecciono el tipo de entidad a insertar selecciono p. ej. Farola y le pongo sus atributos como hice anteriormente., para cerrar la entidad insertada me desplazo hasta el campo cerrar en cualquier pantalla de registro de entidades que muestre el nombre de la entidad en la parte superior resalto el campo cerrar en la pantalla insertar farola y pulso enter. Si quiero cerrar la entidad carretera marco el campo cerrar en la pantalla de registrode carretera y pulso enter.
receptor seguirá registrando datos para esa entidad. Tengo que estar parado en el punto donde pausé la entidad o si no se producirá un salto desde ese punto al nuevo en punto desde donde reanude la entidad.
Si quiero grabar la ubicación de una entidad del mismo tipo y con descripción idéntica a una que ya grabé voy al campo cerrar de esa entidad y pulso enter. Luego voy a la ubicación de la otra entidad idéntica que quiero grabar y pulso menú, aparece resaltada la opción repetirentidad entonces solo pulso enter y el receptor empezará a registrar datos para una nueva entidad del mismo tipo y descripción. Cierro y sigo todas la veces que necesite repetir una entidad similar.
Si quiero lograr el desplazamiento de una entidad puntual, ya que a veces la ubicación que quiero grabar sobre el mapa se encuentra en una posición de mala recepción de los satélites o no es accesible se puede representar la entidad empleando la utilidad de desplazamiento combinando la posición del receptor con el rumbo y la distancia a la entidad. El receptor calculará y grabará automáticamente la posición de la misma, por ejemplo selecciono farola en la pantalla nueva entidad y pulso enter para ahorrar tiempo pulso menú y selecciono desplazamiento en lugar de describir la entidad, en la parte superior de la pantalla desplazamiento aparece el rumbo para grabar la dirección de la brújula hacia la entidad que quiero representar (puedo usar la brújula del receptor para lo cual me desplazo 5 a 10 seg. hacia la entidad desplazada y en la pantalla de brújula aparecerá el rumbo, en estado estacionario no marcará ningún rumbo), para introducir un valor pulso enter e incremento o disminuyo el número resaltado con las flechas arriba/abajo para modificar otro dígito utilizo las flechas izquierda/derecha y cuando termine pulso enter. Pulso la flecha abajo para pasar al campo distancia horizontal, pulso enter para introducir un valor, se resaltará un dígito con las flechas arriba/abajo busco el número deseado y luego con las flechas derecha/izquierda voy al siguiente dígito y marco el número deseado luego de introducida la distancia pulso enter para confirmar y paso a la distancia vertical (no es necesario introducir el valor si solo me interesa el desplazamiento horizontal o si hay poca diferencia de elevación entre los dos puntos) una vez que edite el último valor que me interesa pulso enter para confirmar. A continuación pulso ESC para volver a la pantalla registro: farola, esto grabará el desplazamiento en la memoria pero se puede modificar más tarde repitiendo el mismo proceso. Si cierro la entidad y vuelvo a la pantalla de mapa la farola aparecerá desplazada del centro de la pantalla. Si el desplazamiento es de una entidad de área o lineal en la pantalla desplazamiento en lugar de rumbo aparecerá dirección y en el campo dirección se deberá indicar la ubicación de la entidad respecto a su posición actual ( a la izquierda o a la derecha).
rápido y preciso describiendo en uno de sus vértices y luego pausándola, luego me desplazo al siguiente vértice reanudo el registro durante varios segundos y vuelvo a pausar la entidad, así hasta regresar al vértice inicial el receptor promediará una posición en cada uno y los conectará con una línea recta incluyendo el primero y el último.
Tiempo de las entidades puntuales, longitud de las lineales, área de las de área
Al grabar entidades la pantalla de registro indica el tiempo invertido en las puntuales, la longitud en las lineales y el área en las de área. Los valores aumentan hasta que se cierra la entidad el cálculo en las de área no será preciso hasta que se cierre la entidad o se vuelva al primer vértice.
Entidades de cuadrícula: La utilidad Grid Mapping del receptor ofrece una manera sencilla de registrar posiciones GPS y datos SIG en waypoints ubicados en una cuadrícula uniformemente espaciada.
Parámetros de la cuadrícula: Los puntos de la cuadrícula se disponen como las celdas de una tabla. Supongamos que la celda inferior izquierda es la A1. Las columnas aparecen a la derecha y las filas arriba, se puede definir en el terreno el nº de columnas y filas y en la oficina con el editor de lista de entidades del mobile mapper.
Dirección: La dirección magnética de una cuadricula es la dirección a la que se apunta cuando se mira la celda A1 la predeterminada es cero (al norte) si quiero orientar la cuadrícula en otra dirección, se debe introducir la dirección de la brújula hacia la que se quiere apuntar mientras se tiene la cuadrícula a la derecha y al frente.
Espaciado: El predeterminado es 50 metros se puede cambiar al que se desee o utilizar el definido en la oficina con el editor.
Grabar una observación o medida: Al seleccionar una entidad de cuadrícula el receptor empieza a registrar un punto de la cuadrícula, por tanto hay que estar en el punto inferior izquierdo de la misma, luego se verá la pantalla de atributos de la entidad donde se grabará las medidas u observaciones como si fuera una entidad puntual.
APLICACIÓN PRÀCTICA
A los efectos de aplicar todos los conceptos indicados anteriormente se procederá a realizar un trabajo práctico realizando el relevamiento del polígono de tres lados (P1,P2 y P3).
Para ello hago lo siguiente:
El receptor ya deberá estar configurado convenientemente de acuerdo a las pautas establecidas anteriormente.
Medición en Tiempo Real
ciudad, campo, región etc. O nombre de calle si existe. En este punto tengo 2 opciones para registrar el área:
La primera es de manera cinemática es decir grabando continuamente las posiciones desde que parto del primer punto y regreso al mismo. Para ello ingreso al menú y selecciono la opción Intervalo de Registro y elijo un tipo (por tiempo o distancia) y un valor. Luego recorro la distancia al vértice P2 y de allí al vértice P3 para regresar y cerrar el área en el vértice de partida P1, mientras realizo el recorrido puedo establecer los atributos de la entidad. El área y el perímetro recorrido aparece continuamente en la pantalla mientras recorro el mismo. Una vez regresado al punto de partida cierro el registro. Si es el único área que voy a registrar en este trabajo cierro también el trabajo, si no abro un nuevo descriptor y opero nuevamente. Esta opción es la adecuada para registrar áreas de contornos irregulares como ser lagos, etc.
La segunda manera de registrar el área y la correcta para este trabajo dado que se trata de un área formada por lados rectos, es realizar todos los pasos descriptos anteriormente para la primera opción posicionado en el vértice P1. Al ingresar al menú en lugar de seleccionar un intervalo de registro selecciono la opción pausar parque, con lo cual el receptor dejará de grabar posiciones, me traslado a P2, pulso menú y resalto reanudar parque, le doy enter y empezara nuevamente a registrar datos, permanezco un tiempo en ese punto a fin de mejorar la precisión del registro. Luego pauso nuevamente y me traslado a P3 donde reanudo, Vuelvo a pausar y por último regreso al punto P1 donde cierro el registro. El equipo promediará los registros en cada vértice y los unirá con una línea recta dando más precisión a la medición. El valor del área y el perímetro aparecerá en la pantalla a medida que recorremos los vértices.
Las coordenadas de los puntos registrados se presentarán en el sistema de coordenadas latitud/longitud. Se pueden obtener las coordenadas en el sistema Gauss-Krugger o cualquier otro transformándolo a través de software específicos en oficina.
Medición por Posprocesado
Si queremos mayor precisión para realizar este trabajo es necesario utilizar una Estación de Referencia y la opción Posprocesado en lugar de la de tiempo real usada anteriormente.
El receptor que se utilizará como estación de referencia se colocará sobre un trípode en un punto de control. Se pulsa LOG y se selecciona la opción ID de emplazamiento de hasta 4 caracteres como si fuera un nombre, resalto aceptar y pulso enter a partir de lo cual el receptor funcionará como estación de referencia hasta que lo apague. Debemos cerciorarnos mediante la tecla NAV que el receptor este calculando su posición.
Con el otro receptor relevaremos los puntos de interés tal como ha sido descripto anteriormente.
Luego debemos ir a una PC donde tenemos instalado el programa Mobile MapperOffice (MOP) con el cual podemos comunicarnos de 2 maneras: una a través del cable y otra mediante la tarjeta SD.
archivo, luego en conectar y luego dispositivo GPS via cable. Aquí la utilidad de transferencia efectua una prueba de la velocidad de comunicación con el receptor, una vez establecida la comunicación empezará a leer el contenido de la memoria del receptor.
Luego deberá aparecer en el panel izquierdo de la ventana se listará el contenido de la memoria del portátil. Luego busco el directorio de la PC al que descargaré los archivos. Hago clic en el archivo de trabajo (extensión .MMJ en la parte izquierda de la ventana) que se ha grabado en el terreno y arrastro al directorio de la PC en la parte derecha de la ventana.El archivo transferido se visualizará en el área de visualización de mapa del MMO al cerrar la ventana de transferencia del MM. En este punto se está en condiciones de procesar los datos.
El procesado más importante de los datos relevados en campo es su exportación a un SIG lo que requiere 2 procesos: primero conversión de los archivos de datos a un formato que pueda ser leído por el SIG y segundo la transferencia propiamente dicha del archivo.
Para convertir los datos a formato SHP, DXF o MIF, hago clic en archivo y en abrir y veo que archivos están cargados en el MMO. Hago clic en el archivo que acabo de grabar y se visualizará en la pantalla. A continuación hago clic en archivo y luego en
exportar. Selecciono uno de los formatos y aparecerá una ventana buscar carpeta donde selecciono el directorio al que se transferirá el archivo convertido. El trabajo se formateará automáticamente y se transferirá a la carpeta seleccionada.