Sobre la aplicación de las técnicas GPS en la delimitación de vías pecuarias, un ejemplo

En anteriores comentarios hemos tratado sobre la forma de trabajar en deslindes de vías pecuarias utilizando técnicas topográficas que podíamos denominar tradicionales, ahora se trata de cómo combinar éstas con técnicas GPS. Explicamos en este comentario el procedimiento empleado en los ejemplos aquí referidos, cuando el protagonismo corre a cargo de las citadas técnicas GPS. 

PLANIFICACIÓN Y OBSERVACIONES MEDIANTE TÉCNICAS GPS

OBJETIVOS

 

El objetivo fundamental de la utilización de las técnicas GPS en este tipo de trabajos consiste en complementar el uso de la instrumentación topográfica tradicional al objeto de cubrir espacios donde las señales GPS no están disponibles para rendimientos normales.

Nos referimos a determinadas zonas con cubierta arbórea que impiden el acceso de las señales GPS. (En las imágenes aéreas del post anterior se pueden observar los citados espacios afectados).

Por tanto, una vez finalizados todos los trabajos y después de la correspondiente transformación tendremos coordenadas UTM en el sistema cartográfico de referencia ED-50 para todos los puntos levantados.           

 

INSTRUMENTACIÓN GPS

 

En vértices de la ROI y/ó puntos de las líneas límite se han empleado receptores de precisión centimétrica.

En los “replanteos de contraste” objeto del levantamiento se han empleado receptores de precisión centimétrica RTK en tiempo real así como receptores de precisión submétrica equipados con el sistema Omnistar[1] como propuesta para validar su prestación.

METODOLOGÍA ESPECÍFICA

 

Entendiendo que los receptores GPS tienen la capacidad de determinar las coordenadas del punto en el que se encuentren sobre la base del cálculo de pseudodistancias y la medida de fase como métodos más precisos, debemos resaltar que el problema del posicionamiento por satélites es siempre el mismo, esto es, calcular la posición respecto al origen o vector posición, lo cual se consigue conociendo la situación del satélite respecto al origen, en definitiva conocer un vector y medir otro.       

Por tanto, la trisección a partir de los satélites es la base trigonométrica del sistema que utiliza el tiempo de desplazamiento de un mensaje de radio en esa triangulación.

En este trabajo para el posicionamiento se ha utilizado el Método Estático Relativo o Posicionamiento Estático Diferencial (DGPS)[2] que es la técnica con la que se consigue máxima precisión, se determina un trío único de coordenadas de una antena mediante las observaciones realizadas durante un lapso de tiempo en el que la antena no sufre desplazamientos superiores a la precisión del sistema.

Siempre se verán involucrados dos o más equipos en la recepción simultánea de los mismos satélites, no se emplearán individualmente las observaciones realizadas en cada receptor, sino la diferencia de posición relativa entre las antenas de los receptores, de aquí la denominación por diferentes autores de método diferencial.

Esta forma de trabajar da lugar a la obtención de soluciones tan redundantes como se quiera, basta con prolongar la observación, que según la tipología del punto visitado ha dado lugar a unos tiempos diferentes en Vértices o puntos “fijos”, en puntos, mojones o hitos fijos.

En nuestro caso hemos establecido como origen del sistema local de referencia y punto “fijo” el vértice geodésico de la ROI “Jornillo” debido a su “perfecto emplazamiento” con relación a la zona de trabajo. El Mencionado punto “fijo” se enlaza con la Red REGENTE mediante tres observaciones estáticas simultáneas logrando con ello una precisión suficiente para nuestro proyecto.

Definido así el sistema local obtenemos las coordenadas del otro que llamamos “móvil” mediante los incrementos correspondientes si bien se transforman matemáticamente del sistema GPS al local que en el caso que nos ocupa es UTM en ED-50.

Una gran ventaja es que los errores de observación son muy parecidos en ambos puntos y de esta manera la repercusión en los incrementos de coordenadas se minimiza.

También otros errores más complicados de controlar (retardos en la ionosfera, troposfera, estado del reloj, etc.) pueden compensarse en bases cortas al emplear el método relativo.

SISTEMAS DE REFERENCIA  

 

La zona objeto del trabajo es lo suficientemente amplia (más de 7 Km. lineales), tiene representación en el MTN a escala 1:50.000 en dos de sus hojas.

Por otra parte sabemos de la existencia de la Red Geodésica Nacional por Técnicas Espaciales (REGENTE)[3] de precisión centimétrica y base de los trabajos geodésicos y cartográficos españoles.

            En nuestro trabajo hemos creído conveniente apoyarnos en dicha red, concretamente en las estaciones correspondientes a las hojas del 1:50.000 circundantes que ya han sido observadas y calculadas por el IGN.

            El cálculo y la compensación se han llevado a cabo con todo rigor, utilizando Efemérides Precisas del Internacional GPS Service (IGS), y obteniendo coordenadas con una exactitud centimétrica y una precisión del orden de 10-1 ppm (100 veces superior a la de una red de primer orden convencional).

            En función de estas informaciones del Instituto Geográfico Nacional (IGN) la red geodésica tridimensional REGENTE es la base fundamental, nueva, precisa, uniforme y homogénea que está mejorando los trabajos geodésicos, topográficos y cartográficos actuales.

            Desde 1987 el Dod (Departamento de Defensa de USA) ha optado como Sistema de referencia Terrestre (CTRS) para las observaciones GPS que están referidas al sistema Word Geodetic System 1984 (WGS-84). 

            Dicho sistema queda definido por un elipsoide cuyos parámetros fundamentales son: a: eje mayor = 6378137 m

                                               e: aplanamiento = 0,00335281066474

w: velocidad de rotación terrestre W = 7292115*10-11 rad/seg.

                                               m : constante gravitacional de la Tierra GM = 3986005*10-8

                                               j2  : coeficiente zonal de segundo orden = 1082630 * 10-9

                       

            El origen en el centro de masas de la Tierra. El eje Z es paralelo a la dirección del Origen Convencional Internacional (CIO), que coincide con la posición del polo medio en 1903 definido por el Bureau International de L`Heure (BIH) y concordante con las determinaciones de International Polar Motion Service (IPMS).

            El eje X  es la intersección del meridiano cero de Greenwich y el plano ecuatorial medio.

            El eje Y ortogonal a los anteriores constituye con ellos un sistema cooedenado rectangular dextrorum.

            Los datos referidos al Sistema Convencional Terrestre WGS-84 no son válidos para un empleo directo debiendo ser transformados al Sistema de Referencia Geodésico Local (ED-50) para ello debemos conocer los parámetros de cambio entre ambos sistemas que en nuestro caso son los facilitados por el IGN:

 

Proyección Transversa de Mercator

Zona 30 (longitudes de 0º a 6º W)

 

            Origen de latitudes: 0º00’ 00.00000 N

            Origen de longitudes: 3º 00’ 00.00000 W

            Falso Este: 500000

            Falso Norte: 0

            Meridiano Central: 3º 00’ 00.00000 W

            Factor de Escala: 0.9996

 

DATUM:

            European 1950 (ED-50)

            Semieje mayor: 6378388

            Aplanamiento: 297

            Delta X: -131.03                       Rotación X: -1.244

            Delta Y: -100.25                       Rotación Y: -0.019

            Delta Z: -163.35                        Rotación Z: -1.144

  Escala: 9.39 ppm

            El tratamiento de los diferentes datos se ha realizado a plena satisfacción tanto con el software específico de cada receptor como con otras aplicaciones que finalmente nos han permitido elaborar una base de datos local que servirá de referencia para el SIG_Viapec que se propone.

TOMA DE DATOS Y OBSERVACIONES:

 

*Planificación

                        En función de los instrumentos y métodos descritos, para una óptima toma de datos y observaciones es importante señalar una serie de condiciones que se han de cumplir, por ejemplo es imprescindible que se disponga de un buen DOP o Parámetro de Dilución de la Precisión que significa una buena geometría satelitaria con relación a la zona de observación. Por tanto, el DOP es un indicador de calidad de la posición GPS basado en la mencionada geometría.

            El PDOP: la dilución de la precisión se usa como medida general de la calidad de la posición de las coordenadas. El PDOP se deriva del HDOP y del VDOP:

            PDOP = (HDOP2 + VDOP2)1/2.

Los valores ideales están en torno a uno, según aumenta empeora la precisión en la determinación del punto. También se deben observar al menos cuatro satélites para poder ofrecer soluciones en las precisiones comprometidas.

            En la configuración de la toma de datos hay que establecer un umbral mínimo de observación, en principio ha sido de 15º, pues por debajo los errores procedentes de la refracción atmosférica son perjudiciales, esto no ha sido posible en todas las observaciones, en todo caso nunca se bajó de los 10º.

            En todo momento se ha dispuesto del correspondiente almanaque de información definiendo la ventana correspondiente a las horas y días en que se han efectuado las observaciones cumpliendo estas características que aquí describimos.

 

*Ubicación

 

            Se han visitado todos los puntos objeto del levantamiento colocando la antena centrada sobre cada punto limitante, excepto cuando la señal no entraba, en cuyo caso se ha utilizado un enlace telescópico para facilitar la llegada de la señal, siempre sobre la vertical.

            Para los puntos a replantear se colocaron diferentes señales temporales como estaquillas de madera que en todo caso serán sustituidas por los mojones correspondientes con la mayor brevedad posible.

 

*Observaciones

 

            La observación comenzó el día 16 de marzo de 2004, siguiendo en sucesivos.

            Como se ha dicho el método básicamente utilizado ha sido el estático relativo o diferencial, siempre un receptor fijo sobre el punto de coordenadas conocidas (Base) (UTM en ED-50).

            Y con el móvil se observó durante 30/60 segundos en cada punto del levantamiento con el objeto de conseguir la precisión submétrica solicitada y centimétrica  para determinados mojones del perímetro en los que se prolongó el tiempo de observación en función de la distancia a la base utilizada, con receptores monofrecuencia y 15” con los de doble frecuencia (RTK).

            El colector grababa, además, los atributos y características propios de cada punto, por otra parte se hicieron fotografías digitales de diferentes puntos que finalmente han sido integradas en el SIG y cartografía resultante.

CÁLCULO Y OPTIMIZACIÓN DE RESULTADOS

 

Como ya mencionamos anteriormente, los cálculos se han efectuado con dos programas diferentes pero complementarios, utilizando para ello formatos de intercambio Rinex.

Con los ficheros correspondientes se ha realizado el procesado de los archivos obtenidos en tiempos coincidentes, obteniendo las coordenadas del levantamiento en el sistema de referencia WGS-84, luego se procedió a la ya descrita transformación al sistema UTM ED-50.

Es importante resaltar que los indicadores de calidad estimados para las coordenadas en este tipo de técnicas “C/A Code” son:

Residual: un valor residual se obtiene para una posición corregida con más de 4 satélites y es un indicador de error que no pudo corregirse durante la corrección diferencial. Los valores residuales más bajos indican un grado menor de error incorregible, así si Residual <.5 y PDOP de 1-3 se consideran unos indicadores de calidad muy buenos, .5-1/ 4-5 Buenos; 1-2/4-6 Razonables y >2/ >6 Sospechosos.

Siendo independientes entre ellos.

Se ha aplicado también la función Spread con un informe por punto que incluye RMS detallado y estadísticas 2 DRMS.

 


[1] El sistema Omnistar es una de las opciones que actualmente puede utilizarse en nuestro país para trabajar con técnicas de posicionamiento GPS en  “tiempo real” con cobertura para toda la Península de propiedad y gestión privada. El sistema Rasant, sin embargo, es de propiedad y explotación pública, basado en la red de emisoras de FM de Radio Nacional de España, ambos sistemas ofrecen las posiciones corregidas con precisiones variables en función de los receptores que se utilicen.

[2] Núñez-García del Pozo, A., Valbuena Durán, J.L. y Velasco Gómez, J. GPS “La Nueva Era de la Topografía” Ed. Ciencias Sociales, Madrid, 1992.

[3] Red Geodésica Nacional por Técnicas Espaciales. El Servicio Internacional de Rotación de la Tierra (IERS) ha establecido una Red Mundial de Orden Cero, que dentro del Sistema de Referencia Terrestre Internacional (ITRS), se materializa mediante el marco ITRF.

Europa necesitaba unificar su Geodesia y su Cartografía para ello ha adoptado un Sistema Geodésico conocido como Sistema de Referencia Terrestre Europeo (ETRS) y su correspondiente marco ETRF referido a la época 1989.

La sustitución de los sistemas geodésicos nacionales por ETRS89 y la reunificación de toda la cartografía europea sobre el marco ETRF89 obligó al establecimiento escalonado de una red que alcanzara la densidad imprescindible para la obtención de los parámetros de transformación desde los sistemas actuales a ETRS89. España se incorporó desde el primer momento participando con 14 estaciones GPS en la Campaña EUREF89, en 1995 colaborando con el Instituto Portugués de Cartografía e Cadastro el IGN observó, calculó y materializó la red IBERIA95 conformada por 27 estaciones españolas y 12 portuguesas.

La obtención de los parámetros necesarios para la transformación de las coordenadas del Sistema Geodésico ED50, oficial para toda la cartografía española, exige cubrir todo el territorio con una potente red GPS, coincidente con vértices de ROI, cuya densidad es de una estación por cada hoja del MTN 1:50.000, ello supone unas 1.200 estaciones incluyendo la Península, Baleares y Canarias, éste conjunto incluye el descrito proyecto REGENTE del que se tiene previsto concluir en la campaña 2001.             

 

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Un comentario

  1. hola

    te agradecería me informaras de la posibilidad de circular en moto por vías pecuarias en la comunidad de Madrid principalmente y en otras comunidades.

    saludos

    nash

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