Geodesia_espacial

Geodesia Espacial para Ingenieros Dr. Javier Sánchez Espeso

Área Ingeniería Cartográfica, geodesia y FotogrametriaUniversidad de Cantabria

Area Ingeniería Cartográfica, Geodesia y Fotogrametría

Topografía y Geodesia. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.Profesor: Javier Sánchez

Índice

A. Conceptos de Geodesia Espacial.

B. Redes GNSS de referencia

C. Ejemplos de aplicación.



A.- Conceptos de Geodesia Espacial.

A. Conceptos de Geodesia Espacial.1. Objetivo planteados.2. ¿Cómo se ha hecho antes?3. Fundamento de los sistemas GNSS.4. Bases de funcionamiento.5. Condiciones de observación.6. Observables del sistema.7. Determinación de la posición.8. Metodologías de posicionamiento.9. Sistemas de referencia.

B. Redes GNSS activas de referencia




A.1.- Objetivo planteado• Entre los objetivos de la Geodesia Espacial está la determinación

de posiciones a partir de la observación y recepción de señales formadas por radiaciones del espectro electromagnético procedentes de objetos no ligados al suelo terrestre.

• Actualmente, se ha popularizado el uso de los sistemas satelitarios de navegación (GNSS), con usos muy diversos:– Topográfico – geodésicos: establecimiento redes, apoyos

topográficos, levantamientos, obtención de cartografía,…– Ingeniería Civil: proyectos y construcción de infraestructuras,

gestión, explotación,…– Medio ambiente: mapas usos de suelo, mapas geotécnicos,

estudios de riesgos, zonas de inundabilidad,…– Navegadores: apoyo a la conducción, control de flotas,

logística de transporte,…– Ocio y tiempo libre: excursionismo, senderismo,…



A.1. Objetivo planteado

1004 417727.5002 4792924.2650 199.84585580 21/01/2007 09:05:41 Coment. 1=0

1004 4639231.2380 -325619.3724 4350611.27405580 21/01/2007 09:05:41 Coment. 1=0

1004 43° 16' 58.56142" N 4° 00' 53.65548" W 254.00205580 21/01/2007 09:05:41 Coment. 1=0

Todos estos usos tienen en común la necesidad de obtener una posición de forma absoluta en un cierto sistema de referencia:



A.2. ¿Cómo se ha hecho antes?

La determinación de posiciones exige:• Conocer, al menos, coordenadas para 2 estaciones.• Uso de instrumentos topográficos.• Uso de métodos topográficos –geodésicos.

( Antes, significa la única opción hace 13 años)



A.2. ¿Cómo se ha hecho antes?Otros sistemas de Geodesia Espacial: SLR. Satelite Laser Ranging.

• Fundamento: medición de la distancia a un satélite a partir de la medición del tiempo de tránsito de un haz láser

• Constelación: LAGEOS, altura 5900 km, esferas recubiertas de prismas de reflexión total.

• Se necesita conocer, de forma aproximada, donde está el sv y donde esta el rv.

• Precisión: cm• 25 estaciones fijas. En España,

en Real Observatorio Marina en Cádiz.



A.2. ¿Cómo se ha hecho antes?Otros sistemas de Geodesia Espacial: VLBI. Very Long Baseline Interferometry

• A partir de observaciones a tres o más radiofuentes emisoras no coplanarias, determinar las componentes del vector que une los centros de los radiotelescopios.

• Radiofuenres emisoras: planetas, estrellas, cuasares, galaxias, cuásares.

• Red mundial radiotelescopios, diámetros 50-300 m.En España, Robledo de Chabela.

• En la actualidad, constituye el marco referencial absoluto más preciso.



A.3. Fundamento sistemas GNSS• Geodesia Espacial: determinación posiciones en la tierra a partir

de observaciones a satélites / astros.• Constelaciones satélites:

– GPS: DoD EEUU. Operativo, el más usado.– GLONASS: URSS. Operativo.– GALILEO. UE. En desarrollo.– COMPASS (BEIDOU). China. En desarrollo.

• Se diseñan como sistemas de navegación capaz de proporcionar información tridimensional y de tiempo continua, 24 horas al día, para “cualquier posición” sobre la superficie de la tierra, y en cualquier condición meteorológica.

• Soportan un número ilimitado de usuarios.• Precisión en tiempo real: desde <1 m. hasta 2-5 m (planimetría,

95% tiempo).• Los usuarios civiles tenemos “libertad” de uso, pero son

constelaciones diseñadas con fines militares: el propietario se reserva la máxima precisión y control.



• CONSTELACIÓN NAVSTAR (NAVigation System with Time AndRanging)– 24 sv, 3 sv de reserva– 6 planos orbitales (A;B;C;D;E;F),

55º inclinación– altura orbital: 20180 km– periodo: 12 horas sidéreos, se

desplaza 4 min. al día.– cobertura asegurada de 6 a 11 sv

• Constelación operativa: a partir de julio 1995

Sector espacial

A.3. Fundamento sistemas GNSS




• Frecuencia fundamental del sistema, a partir de osciladores atómicos de a bordo: 10,23 Mhz.

• Dos portadoras básicas: L1 y L2.• Sobre ellas, se modulan: 2 códigos y 1 mensaje.

– C/A: coarse/acquisition o Estándar. Acceso libre– P : Precise. Acceso restringido.

Información emitida por los sv, actualmente, sin considerar Galileo:



A.3. Fundamento sistemas GNSSInformación emitida por los sv, actualmente, sin considerar Galileo:

¿ Para qué un código? Permite posicionamiento absoluto. Se puede medir un código con precisión de 1/100.

• Código C/A: Coarse-Adquisition1,023 Mbps, l= 300 m, p=0,001 sg., cada sv tiene asignado uno propio que le identifica.

• Código P: Precisión o protegido10,23 Mbps, l= 30 m, p=266 días, cada sv tiene asignado 7

días, que se repite cada semana.• El propietario se reserva el acceso: AS: anti-sppofing. Se

combina con otro código secreto (W), emitiéndose el código encriptado Y.

¿ Para que un mensaje de navegación? Para transmitir la información necesaria del sistema al usuario

• Mensaje: se repite cada 30 sg, duración total 12,5 min.



¿Qué empleamos los usuarios de los sistemas GNSS?. Gama de receptores (receiver; rv):

100 – 300 €Navegadores

3000 / 9000 €Rv Código

9000 / 20000 €Rv Fase




A.4.- Bases de funcionamiento.Ejemplo: En Santander, año 2004, mes 04, día 5, hora 8, min 0, seg 2

Observable: Pseudo distancia código L1

Sv3121159233.337

Sv22

22867824.725

Sv28

25304789.274

¿¿ Son necesarios Son necesarios mmáás s svsv??



• Idea básica Gps para medir la distancia rv-sv: medir el tiempo de tránsito de un código (C/A,P).

• Ej: Distancia a la que está una tormenta. Se conoce que la vluz=300000 km/s, y la vsonido=330 m/s.

Distancia = 15sg*330m = 5000 m

A.4.- Bases de funcionamiento.

• Los sv emplean osciladores muy precisos (atómicos, estabilidad 10-14), los rv usan osciladores “normales” (cuarzo, estabilidad 10-9)



Ejemplo: En Santander, año 2004, mes 04, día 5, hora 8, min 0, seg 2

Sv3121159233.337

Sv22

22867824.725

Sv28

25304789.274

El reloj del rv“no está en hora”.

Solución: Se precisa observar un sv adicional.

Sv05

24367865.876

A.4.- Bases de funcionamiento.



• Para obtener posición mediante GPS, el usuario debe garantizar que en el lugar y momento de la observación se cumplan, de forma simultánea las siguientes condiciones:– Número mínimo de sv: >4. A más, mejor.– Geometría de la constelación: Pdop <8.– Relación señal / ruido buena.

• Cuando se cumplen las condiciones anteriores:– El rv del usuario obtiene “automáticamente, sin intervención

alguna del usuario”, la posición del mismo en el sistema de referencia de la constelación.

• En determinados entornos, es complicado / imposible cumplir los requisitos: – Próximo a edificios, “cañones” urbanos.– Entorno naturales adversos: desfiladeros, gargantas,…– En presencia de vegetación: bosques, – …

A.5.- Condiciones de observación



A.5.- Condiciones de observación



A.6.- Observables del sistema GPS.• El observable básico es la distancia.• Gps emplea 2 “reglas de medir”, 2 observables básicos:

– Código:• Se mide un código que se modula sobre la portadora de la

información. • A partir del código se obtiene una medida de distancia

denominada seudo-distancia. GPS actualmente emplea dos códigos:

– C/A: libre acceso. Longitud de 300 m.– P: Encriptado, libre acceso solo propietario sistema.

Longitud de 30 m.– Fase:

• Es realmente la portadora de la información, con una longitud de onda de 20 cm (L1, aproximadamente). Se mide la variación en el número de ciclos observados.

• Además, Gps actualmente mide en 2 “cintas distintas”, o frecuencias: L1 y L2



A.6.- Observables del sistema GPS.Datos observados registrados en un fichero de observaciones,

formato neutro RINEX.

Fase portadora: precisiones cm-mmCódigo: seudo-distancia, precisiones métricas



A.6.- Observables del sistema GPS.Datos observados a partir de un flujo continuo en tiempo real.



A.6.- Observables del sistema GPS.¿Tienen significado físico los observables? Seudodistancia.

• Es el resultado de multiplicar la velocidad de la luz por el tiempo necesario para alinear (correlar) el código GPS generado en el rv con el procedente del sv.

pdresv = c * ( tre - tsv)

• Existen, para cualquier suceso GPS, tres escalas de tiempo involucradas:– tiempo sv: dtsv

– tiempo gps– tiempo rv: dtrv



A.6.- Observables del sistema GPS.¿Tienen significado físico los

observables? Seudodistancia.

SEUDODISTANCIA: expresión final

Distancia geométrica: ~ 20.000 km

Retardo Ionosférico: 2-50 mRetardo Troposférico: 2-10 m

Offset reloj rv: <300 km

Offset reloj sv: <300 kmRelatividad: <10 m



A.6.- Observables del sistema GPS.¿Tienen significado físico los observables? Fase de la portadora.

• Se efectúa observando la portadora limpia: correlación o cuadratura.

• Se compara la fase recibida del svcon una generada en el rv:

• Al encender el rv, la fase observada es idéntica a la emitida por el sv un número entero N: ambigüedad.

• El observable, para una época genérica:

dtf - tf = )dt - t( = (i) ireireiirere ..φφ

ττφφ .f - dt.f - t.f = )-dt+t( = (i) svjsvi

svji

jj

ελλ

εφ +N+.dtc+.d1 = +N+f.dt+cdf. = - = j

reΔΦ



A.6.- Observables del sistema GPS.¿Tienen significado físico los observables? Fase de la portadora.

Inicio observación svi

Tiempo genérico ti

Fase observada: es el incremento de distancia desde el inicio de la observación

ελ

+ΔΦ+= )()( tNtd svrv

svrv



A.7.- Determinación de la posiciónA partir de las observaciones que se efectúan, se procede a calcular

la posición del receptor considerando:• Distintos sistemas referenciales, posiciones de los satélites en el

plano orbital, errores relojes del sv y rv, relatividad, transito señal en la ionosfera y troposfera, multicamino, …. ( y más consideraciones).

(Curso práctico de procesado de datos GPS. Hernández-Pajares,M. y otros.)



• Los observables que se registran están afectados de distintos errores, que repercuten en la posición calculada:

• Debido al tránsito de la señal: ionosfera, troposfera.• Estado de reloj del receptor.• Estado del reloj de los satélites.• Efemérides de los satélites.• Relatividad.• Intencionadas por el propietario: SA. Ha estado activa

hasta 1-Mayo-2000.• Multicamino (multipath).• Otros…

• En función de los datos disponibles / estrategia de cálculo, se asumen / cancelan gran parte de los errores, obteniéndose precisiones desde pocos mm a varios metros.

A.7.- Determinación de la posición



A.7.- Anulación error intencionado SATHE WHITE HOUSE

Office of the Press Secretary, for Immediate Release May 1, 2000 (http://www.navcen.uscg.mil)STATEMENT BY THE PRESIDENT REGARDING THE UNITED STATES' DECISION

TO STOP DEGRADING GLOBAL POSITIONING SYSTEM ACCURACY

Today, I am pleased to announce that the United States will stop the intentional degradation of the Global Positioning System (GPS) signals available to the public beginning at midnight tonight. We call this degradation featureSelective Availability (SA). This will mean that civilian users of GPS will be able to pinpoint locations up to ten times

more accurately than they do now. GPS is a dual-use, satellite-based system that provides accurate location and timing data to usersworldwide. My March 1996 Presidential Decision Directive included in the goals for GPS to: "encourage acceptance and integration of GPS intopeaceful civil, commercial and scientific applications worldwide; and to encourage private sector investment in and use of U.S. GPS technologiesand services." To meet these goals, I committed the U.S. to discontinuing the use of SA by 2006 with an annual assessment of its continued use beginning this year.

The decision to discontinue SA is the latest measure in an on-going effort to make GPS more responsive to civil and commercial usersworldwide. Last year, Vice President Gore announced our plans to modernize GPS by adding two new civilian signals to enhance the civil andcommercial service. This initiative is on-track and the budget further advances modernization by incorporating some of the new features on up to18 additional satellites that are already awaiting launch or are in production. We will continue to provide all of these capabilities to worldwideusers free of charge.

My decision to discontinue SA was based upon a recommendation by the Secretary of Defense in coordination with the Departments ofState, Transportation, Commerce, the Director of Central Intelligence, and other Executive Branch Departments and Agencies. They realizedthat worldwide transportation safety, scientific, and commercial interests could best be served by discontinuation of SA. Along with ourcommitment to enhance GPS for peaceful applications, my administration is committed to preserving fully the military utility of GPS. Thedecision to discontinue SA is coupled with our continuing efforts to upgrade the military utility of our systems that use GPS, and is supported by threat assessments which conclude that setting SA to zero at this time would have minimal impact on national security. Additionally, we havedemonstrated the capability to selectively deny GPS signals on a regional basis when our national security is threatened.

This regional approach to denying navigation services is consistent with the 1996 plan to discontinue the degradation of civil andcommercial GPS service globally through the SA technique.

Originally developed by the Department of Defense as a military system, GPS has become a global utility. It benefits users around theworld in many different applications, including air, road, marine, and rail navigation, telecommunications, emergency response, oil exploration, mining, and many more. Civilian users will realize a dramatic improvement in GPS accuracy with the discontinuation of SA. For example, emergency teams responding to a cry for help can now determine what side of the highway they must respond to, thereby saving preciousminutes. This increase in accuracy will allow new GPS applications to emerge and continue to enhance the lives of people around the world.



A.7.- Anulación error intencionado SAEfecto de la anulación de la disponibilidad selectiva (SA).

Datos estación permanente Cantabria 2-Mayo-2000



Efecto de la anulación de la disponibilidad selectiva (SA).Datos estación permanente Cantabria 2-Mayo-2000

A.7.- Anulación error intencionado SA



Efecto de la anulación de la disponibilidad selectiva (SA).Datos estación permanente Cantabria 2-Mayo-2000

A.7.- Anulación error intencionado SA



Ionosfera

Troposfera

Error atravesar Ionosfera: 2 a 50 m.

Error atravesar Troposfera: 2 a 10 m.

Una de las fuentes de error “más molesta”: error causado por la atmósfera en el transito de la señal.

A.7.- Determinación de la posición



A.7.- Determinación de la posiciónResumen de ideas en la determinación de la posición con técnicas GPS:

• GPS, de forma aislada, tiene una precisión absoluta entre 5 y 10 m en planimetría, al 95%, en WGS84.

• Si se precisan mejores precisiones, se deben acudir a métodos diferenciales, que siempre suponen medir al menos con 2 receptores, combinando observaciones de cada equipo móvil con las de una estación de referencia con el objeto de reducir y/o eliminar los errores propios del sistema.

• La posición se obtiene tridimensionalmente en WGS84. Adicionalmente, hay que añadir la incertidumbre de las transformaciones de posiciones que se precisen:

• Obtención de altitudes NMMA desde alturas elipsoidales.• Transformación de WGS84 a ED50, a desaparecer.



A.8.- Metodologías de posicionamientoExisten numerosas metodologías de obtención de posiciones, con

rangos de precisiones diferentes:

• Función del número de rv observando simultáneamente: métodos absolutos (1rv) o diferenciales (≥2 rv).

• Función del observable empleado: código (C/A) o fase de la portadora (L1; L1 y L2).

• Función del momento de obtención de la posición: gabinete, (en postproceso) o tiempo real (en el momento de la observación).

• Función de la situación del móvil: estático (quieto) o cinemático(en movimiento).

• En los métodos diferenciales, se tiende a intentar reemplazar las estaciones base del usuario por estaciones de referencia permanentes.



A.8.- Metodologías de posicionamientoOrdenes de magnitud de las precisiones estándar GPS:• Métodos absoluto: 5 a 10 m. en planimetría, 95% tiempo,

navegación autónoma.• Métodos diferenciales: 1 m, en planimetría, código; cm - mm con

fase de la portadora.

GPRS / radio enlacepostproceso

¡ Cuando todo va bien y no hay “problemas”!



A.8.- Metodologías de posicionamiento

• Se usa únicamente 1 rv.• Se obtiene la solución a partir de la

observación básicamente del código.

• Se corrigen algunos errores (datos enviados en el mensaje navegación).

• Esta metodología está afectado por los errores más importantes.

• Precisión: <5 m, 95%, planimetria. Altimetria, 2x.

Posicionamiento absoluto



¿Y si se precisa mayor

exactitud?

Se deben emplear métodos diferenciales:Idea básica: para 2 rv “próximos”, los errores del sistema son “iguales”, de modo que se calculan en uno de los rv (ref) y se corrigen en el otro rv (móvil), de modo que la posición relativa es muy buena

REF MOV




1- 2 cm (xy)0,5 – 1 mPrecisión

10 km (*)200 - 300 kmSeparación máxima

RelativosDiferencialesMétodo

FaseCódigoObservable

Tiempo real (enlace radio, fase RTK)Postproceso

Instante efectuar corrección

separación

precisión


(*) Postproceso, según la duración de la observación: 15 min. Separaciones entre 10 a 30 km, 1 hora, separaciones de 1000 km, varios días.



A.8.- Metodologías de posicionamientoResumen de metodologías actualmente utilizadas:

1. Posicionamiento absoluto.

2. Métodos diferenciales.

• Solución en postproceso.

• Solución en tiempo real

3. Métodos relativos.

• Si el móvil está quieto, y se resuelve en postproceso, se denominan métodos estáticos.

• Cuando se usan equipos con observación de las 2 frecuencias, se denominan estáticos rápidos: se reduce el tiempo de observación, no se consigue mejor precisión.

• Si el móvil está quieto / en movimiento, y se resuelve la posición en el momento de la observación, se denominan RTK (Real Time Kinematic).



A.8.- Metodologías de posicionamientoEjemplos de posiciones obtenidas en navegación, con 3 rv: 2 rv

topográficos – geodésicos, y 1 rv “sencillo”.



A.8.- Metodologías de posicionamientoEjemplos de posiciones obtenidas en navegación, con 3 rv.

Horizonte “libre”, avenida amplia: paseo Pereda, Santander.

0.0000 0.0075 0.0150 0.0225 0.0300 km

PosRaw01 (87)RutaRaw01 (1)PosDifCode01 (87)RutaDifCode01 (1)PosRaw02 (86)RutaRaw02 (1)PosDifCode02 (86)RutaDifCode02 (1)PosRaw03 (47)RutaRaw03 (1)TiempoRaw03



A.8.- Metodologías de posicionamientoEjemplos de posiciones obtenidas en navegación, con 3 rv. Horizonte

parcialmente obstruido, avenida amplia: Calvo sotelo, Santander

0 15 30 45 60 75 m

PosRaw01 (395)RutaRaw01 (1)PosDifCode01 (395)RutaDifCode01 (1)PosRaw02 (416)RutaRaw02 (1)PosDifCode02 (441)RutaDifCode02 (1)PosRaw03 (216)RutaRaw03 (1)TiempoRaw03 (216)



A.8.- Metodologías de posicionamientoEjemplos de posiciones obtenidas en navegación, con 3 rv. Horizonte

muy obstruido, “cañon urbano”: San Simón-Guevara, Santander

0 15 30 45 60 75 m

PosRaw01 (36)RutaRaw01 (1)PosDifCode01 (36)RutaDifCode01 (1)PosRaw02 (37)RutaRaw02 (1)PosDifCode02 (37)RutaDifCode02 (1)PosRaw03 (75)RutaRaw03 (1)TiempoRaw03 (75)



A.8.- Metodologías de posicionamientoRed estaciones de Referencia Castilla y Léon. Posicionamiento relativo,

empleando fase de la portadora y observación durante 1 semana.











Hasta Julio 2007, el sistema de referencia oficial en España ha sido:

A.9.- Sistemas de referencia.

Geoide

Posición convencional,

Alicante: H=0

ED50Lat 43° 17' 02.83514" NLon 4° 00' 49.00852" WX utm (30) 417759.8Y utm (30) 4792952.0

NMMAH_ortométrica 201.8877



WGS84Lat,Lon,AltLat 43° 16' 58.92279" NLon 4° 00' 53.84321" WAlt_elipsoidal 253.0575

Equivalente a Coordenadas Geocéntricas CartesianasX_geo 4639222.6284Y_geo -325623.0114Z_geo 4350618.7453

El sistema de referencia empleado por los sistemas GNSS:A.9.- Sistemas de referencia.



A.9.- Sistemas de referencia.REAL DECRETO 1091/2007, de 27 de Julio, regula el sistema

geodésico de referencia oficial en España– Establece como sistema de referencia geodésico global

ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989), compatible con los sistemas de navegación por satélite.

– Sustituye al sistema de referencia regional ED50, actualmente vigente.

– Establece un periodo de transición entre ambos sistemas: hasta el 2015.

– Es de obligado uso para toda la cartografía oficial en el ámbito de la península Ibérica (en las islas canarias, se establece REGCAN95).

– Se sigue manteniendo como sistema de representación cartográfico la proyección UTM (Decreto 2303/1970, de 16 deJulio), en cartografía terrestre mayor de 1/500.000.

– Afecta únicamente a la obtención de posiciones planimétricas: (φ,λ), o las coordenadas equivalentes (X,Y).



• Por tanto, en la actualidad:– El sistema de referencia geodésico global ETRS89 es, a

efectos prácticos, equivalente al empleado por los sistemas GNSS (WGS84).

– Para la obtención de posiciones planimétricas, NO ES PRECISO TRANSFORMACIÓN ALGUNA si se parte de posiciones GPS.

– Altimétricamente, se emplean distintos tipos de altitudes:• GNSS: determina alturas elipsoidales (h), en WGS84.• España: usamos altitudes ortométricas (H), referidas al

NMMA.– Es preciso transformar las altitudes obtenidas mediante

GPS, hay 2 enfoques posibles:• Uso de un modelo de Geoide: proporciona la ondulación

del geoide, permite el paso directo de h a H en ETRS89.• Proceder a la observación y determinación de modelos de

transformación locales.




Si se precisa transformar las observaciones GPS desde / al sistema de referencia “antiguo, ED50”, para recuperar / incorporarinformación existente:

• Se precisa transformar tanto planimétricamente ( pasar de ED50 a ETRS89) como altimétricamente ( h elipsoidal WGS84 a H ortométricas).

• Se recomienda emplear las transformaciones propuestas por el IGN, para la planimetría:– Modelo de rejilla NTV2.– Modelo de transformación Helmert 3D, de 7 parámetros.




B.- Redes GNSS activas de referencia.

B. Redes GNSS activas de referencia.1. Planteamiento red GNSS.2. Diseño de la red GNSS de Cantabria.3. Servicios generados por la red.4. Ejemplo de generación de correcciones.5. Resumen de características.





B.1.- Planteamiento

Marco de Referencia Activo

GNSS

Vértices geodésicos “online” en todo el

territorio

Monitoriza-ción en

tiempo real

Producción cartográfica

Obra Civil

ETRS89

Navegación de precisión

Infraestructura tecnológica

Trabajos topográficos

Trabajos investigación



B.1.- Planteamiento

http

://gn

ss.it

acyl

.es/



http

://w

ww

.gps

2.eu

skad

i.net

/

B.1.- Planteamiento



B.1.- Planteamiento

http://www.juntadeandalucia.es/obraspublicasytransportes/redandaluzadeposicionamiento/rap/index.php?option=com_stations&Itemid=19



B.1.- Planteamiento

http

://w

ww

.car

m.e

s/ca

rtogr

afia

/gps

/Ubi

caci

ones

.htm



B.1.- Planteamiento

http

://ic

verv

a.ce

tesi

.gva

.es:

8080

/



http

://ca

tnet

-ip.ic

c.es

/

B.1.- Planteamiento



B.1.- PlanteamientoRed GNSS Cantabria



B.2.- Diseño de la red de Cantabria



UniCanAdministración

y monitorización

Servicios ofertados:• Postproceso.• Tiempo real:

• estación única.• Solución de red (05/09) C

orta

fueg

os

Acceso libre y sin coste:

• Rinex

• Dgps, Rtcm2.3 y Rtcm3.0

Kilometers

Ftp

GPRS/UMTS

B.2.- Diseño de la red de Cantabria



B.3.- Servicios generados por la red.• Una red de estaciones de referencia GNSS:

– Recibe, en tiempo real, las observaciones GPS y GLONASSde equipos distribuido en un territorio.

– Un servidor procesa la información y genera datos que posibilitan efectuar correcciones diferenciales en el ámbito de trabajo, que se distribuyen sin restricción de uso a través de Internet, sin coste.

– Se generan datos que permiten 2 tipos de correcciones:• Correcciones en tiempo real. El usuario, usando rv

adecuados, obtiene en campo directamente posiciones, con la precisión del tipo de corrección, en el momento de la observación de la posición.

• Correcciones en postproceso. El usuario en campo almacena las observaciones para las posiciones de interés, correspondientes al móvil. De vuelta a gabinete, recupera de la red los ficheros correspondientes a la referencia, empleando para su tratamiento software adecuado.



A.- Correcciones en tiempo real.Usa la metodología gps RTK (Real Time Kinematic, o diferencial de

fase) ó DGPS (GPS diferencial de código).El usuario debe disponer de un equipo:• Código, fase (monofrecuencia o bifrecuencia, Gps, Gps &

Glonass).• Admita correcciones según el estándar RTCM (v2.x ó 3.x).• Poder conectarse a Internet durante la observación,

habitualmente con telefonía móvil (GPRS o UMTS).• Se emplea un protocolo especial para difundor correcciones

diferenciales por Internet, denominado NTRIP.• Se generan habitualmente 2 tipos de correcciones:

– Correcciones directas de estaciones GNSS. Se accede dierctamente a las correcciones de una estación base.

– Corrección de red: El servidor de la red integra todos los datos de los equipos GNSS fijos, generando una corrección con mayor ámbito de validez.

B.3.- Servicios generados por la red.



A.- Correcciones en tiempo real.• Corrección de red:

– Se modelizan los principales errores y proporciona una corrección diferencial válida a distancias mayores de las estaciones fijas de la red.

– El estándar RTCM 3.1 se denomina MAC. Otras denominaciones comerciales son VRS e I-Max.


Alcance: 25 km estación base aislada; todo el territorio solución de red

Alcance: 10-12 kmComunicación: internet, GPRSComunicación: radio enlace

La referencia estápermanentemente operativa.

Necesidad de ubicar y configurar la referencia

Equipo trabajo: 1 mvEquipo trabajo: 2 mv

RTK / DGps red GNSSRTK / DGps clásico



B.- Correcciones en postproceso.• El posicionamiento preciso se consigue en diferido, siendo en general

más preciso que el tiempo real.• El usuario debe disponer de un equipo:

– Código, fase (monofrecuencia o bifrecuencia, Gps, Gps & Glonass).– Registre observaciones.– En campo, se debe observar el tiempo preciso para la distancia

ref-mov.– Del software preciso para el postproceso, y conocer su uso.

• Al volver a la oficina, se descargan los ficheros de las estaciones GNSS de referencia precisas a través de Internet.


Tiempo observación: según distancia ref – mov.

Tiempo observación: según distancia ref – mov.

La referencia está permanentemente hábil.

Necesidad de ubicar y configurar la referencia

Equipo trabajo: 1 mvEquipo trabajo: 2 mvEstático red GNSSEstático clásico



B.4.- Ejemplo de correcciones.Se va a simular una conexión de un móvil en campo, para la

obtención de correcciones de tipo MAC, rtcm 3.1.



B.5.- Resumen de características

Ventajas red GNSS:• Usualmente proporcionan doble corrección: desde estación

base y solución de red.• La solución de red proporciona mayor homogeneidad de las

correcciones.• La solución de estación base aislada resuelve a mayor distancia• El usuario solo precisa un receptor: menor inversión.• Rendimiento máximo

Inconvenientes red GNSS:• Dependencia fuerte de la existencia de comunicaciones en la

zona de trabajo.• Coste de las comunicaciones.• Los propios de los sistemas GNSS: necesidad de que el entorno

de observación sea adecuado.



• Producción cartográfica:– Obtención, comprobación y

mantenimiento.• Obra civil:

– Construcción infraestructuras.

– Replanteo de proyectos.• Medio ambiente.

– Estudios de impacto.– Catalogación e inventario.

• Trabajos topográficos– Levantamientos.

• Docencia• Cambio a ETRS89.

• Orientación directa de vuelos, combinado con sistemas inerciales:– Fotogramétricos.– Lidar.

• Navegación de precisión– Equipos de emergencias.– Agricultura de precisión.

• Trabajos de investigación• Desarrollo SIG• .... Auténtica

INFRAESTRUCTURA TECNOLÓGICA

B.6.- Catálogo de aplicaciones



C.- Redes GNSS activas de referencia.

B. Redes GNSS activas de referencia.





C.1.- Test en señales RNAP.

• Se efectúa un contraste en señales de la RNAP, en las que se obtiene la altitud elipsoidal en Wgs84. Se transforma al sistemaaltimétrico oficial usando el modelo IberGeo2006, y se contrasta con los valores de la Red.

• Cada señal se observa en tiempo real (300 posiciones) y en estático, con distintas correcciones: red y estación base a distintas distancias. El patrón es la solución estática.

• Se determina:– Precisión y exactitud de la posición obtenida, en ETRS89.– Bondad del modelo de geoide IberGeo2006.



Diseño del experimento. Estaciones, clavos y ondulación del geoide.




Resultados en Anero. Laredo, 16 km, Santander, 14 km.


Posiciones planimétricas puntos RTK

-0.015

-0.010

-0.005

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

-0.015 -0.010 -0.005 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035

X utm

Y ut

m

Laredo, cercanaSantander, cercanaSantander, red



C.1.- Test en señales RNAP.Resultados en Anero. Laredo, 16 km, Santander, 14 km.

Posiciones altimétricas posiciones RTK

-0.060

-0.040

-0.020

0.000

0.020

0.040

0.060

nobservaciones

Laredo, cercanaSantander, cercanaSantander, red




Posiciones planimétricas puntos RTK

-0.040

-0.030

-0.020

-0.010

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

-0.030 -0.020 -0.010 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050

X utm

Y ut

m

Laredo, cercana

Santander, cercana

Reinosa, red

Reinosa, cercana

Resultados en Luena. Reinosa, 22 km, Santander, 42 km. y Laredo: 50 km



C.1.- Test en señales RNAP.Resultados en Luena. Reinosa, 22 km, Santander, 42 km. y

Laredo: 50 km

Posiciones altimétricas posiciones RTK

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

nobservaciones

Laredo, cercana

Santander, cercana

Reinosa, red

Reinosa, cercana




0.066388.054388.12052.623440.677luena

0.034221.415221.44952.164273.579vega

-0.031135.427135.39651.681187.108prases

-0.07664.21964.14350.692114.911parbayon

-0.0456.8316.78650.43357.264solia

-0.04229.92029.87850.45980.379solares

0.00497.04397.04750.385147.428anero

0.08054.55754.63750.192104.749beranga

0.19414.07114.26550.05864.129gama

0.2123.5743.78650.18553.759colindres

resH_obsH_cont.Ondul.h_elipseñal

Resumen de valores obtenidos en los clavos RNAP.



C.2.- Test en vértice Regente.

Garita



C.2.- Test en vértice Regente.

0.050.000.0197.354810538.98415199.6533.7 kmRio Nansa

0.020.010.0297.384810538.98415199.6427 kmSantander

0.02-0.010.0097.384810539.00415199.6611.7 kmTorrelavega

97.404810538.99415199.66ControlGarita

dhdydxh elipY utmX utm



http://www.ign.es/ign/es/IGN/calculadora_geodesica.jsp

C.3.- Herramientas de transformación



http://www.ign.es/ign/es/IGNModelo de geoide empleado: IBERGEO95_v2Programa: ed2et v1-45, IGN.

C.3.- Herramientas de transformación

Engineering

Geodesia_espacial