domingo, 27 de octubre de 2013

Marcos de Referencia (modernos) y Sistemas de Información Geográfica

Las prestigiosas revistas GPS World y Geospatial Solutions organizan Webinarios sobre temas vinculados principalmente a los GNSS, y nos hemos detenido en uno de ellos por el sugestivo título que lleva: “Pesadilla en la calle de los Sistemas de Información Geográfica (SIG): Exactitud GNSS, Marcos de Referencia y Datos Geoespaciales

Efectivamente, la relación entre la Geodesia y los SIG es muy estrecha, basta considerar que el rasgo más distintivo de los datos geográficos o, más genéricamente, datos geoespaciales o simplemente geodatos, es que están conformados por los siguientes elementos: la posición, la geometría, la topología y los atributos. El orden en que están señalados los mismos no es arbitrario, es decir que tanto la forma, como las relaciones espaciales y la descripción de los objetos o fenómenos que tienen lugar en la superficie terrestre, son dependientes del dato de posición que es derivado de un marco de referencia geodésico.

Lo particular de este Webinario es que se trata en parte de un análisis exploratorio de cuan relevantes son en la práctica los temas expuestos, apoyados sobre la base de retroalimentación con los asistentes, y que está centrado en el tratamiento de los marcos de referencia modernos dentro del contexto de los SIG.

Para aquellos lectores en los que el idioma pueda resultar una limitación para seguir las  disertaciones, es que ofreceremos un breve resumen de los contenidos de las distintas  presentaciones que conformaron este evento.

El Webinario fue presentado por Eric Gakstatter, quien introdujo la agenda dando inicio con la definición del problema y en que debe tenerse cuidado. Los sistemas de adquisición de datos son cada vez más precisos (GNSS, LIDAR, imágenes satelitales de alta resolución, fotogrametría con vehículos aéreos no tripulados, etc.), en tanto que los datos existentes en las bases de datos de un SIG son menos exactos que los que podemos capturar con las geotecnologías disponibles en la actualidad, entonces se plantea el problema de como realizar decisiones de calidad sobre el territorio, cuando los conjuntos de datos utilizados son tan dispares. Al culminar esta presentación inicial, se efectúo la siguiente pregunta a los asistentes: ¿si constituye un problema en su organización combinar datos referidos a diferentes marcos de referencia?. El 78 % de las respuestas fueron afirmativas.


La segunda parte del evento fue presentada por Michael Dennis, profesional del National Geodetic Survey de los Estados Unidos, quien abordó el tema del rol de la definición de los marcos de referencia en la correcta georreferenciación de los datos geoespaciales. La presentación comenzó con una caracterización de los marcos de referencia como herramientas para determinar posiciones terrestres, y luego introdujo el tema de las distintas realizaciones de sistemas geocéntricos para diferentes épocas y la forma de relacionarlos, utilizando para ello los casos del NAD 83 (datum Norteamericano) y WGS 84. El experto señaló que hay que tener una clara comprensión de los marcos de referencia modernos (4d) cuando se trata de integrar conjuntos de datos de exactitud. Al igual que en la parte anterior, se efectuó la siguiente pregunta a los asistentes: ¿Tiene en cuenta su organización la época a la que están referidos los datos geodésicos en la gestión de los datos geoespaciales?, siendo solo el 28% de las respuestas afirmativa.

La siguiente presentación estuvo a cargo de Kevin Kelly de la empresa ESRI, que trató el tema de la integración de datos de alta exactitud en el flujo de trabajo de ESRI. La charla comenzó con los marcos de referencia estáticos o fijos en el tiempo y luego con los dependientes del tiempo o dinámicos. Kelly señaló que este tipo marcos no están claramente definidos en la tecnología de ESRI y que, no obstante, forman la base de todos los sistemas GNSS y de la gran mayoría de marcos de referencia nacionales. Luego realizó un análisis del cambio de coordenadas entre distintas versiones del ITRF aplicando 14 parámetros de transformación, remarcando que se trata de la solución de un mero problema matemático; para luego dar lugar al cambio de coordenadas dentro del mismo marco de referencia. Sobre este punto explicó que si bien puede parecer sencillo el tratamiento matemático no lo es, dada la complejidad de los requerimientos a aplicar para estimar el desplazamiento de los elementos (puntos, líneas, polígonos, etc.) representados en un SIG, ya que hay que considerar no solo el movimiento global de las placas (velocidades globales), sino además los movimientos continuos localizados de la corteza (velocidades locales) y los eventos episódicos como terremotos o deslizamientos de tierras. Particularmente mencionó que uno de los mayores problemas en el modelamiento matemático del cambio, radica en los casos en que los objetos están situados en diferentes placas tectónicas o en zonas límite, y en la propia naturaleza del cambio que no es estático sino continuo y variable temporalmente. Luego se refirió a los desafíos que representa implementar los marcos de referencia dinámicos siempre dentro del contexto de los SIG, sobre lo cual señaló que el problema no es la matemática, ni los modelos, ni los datos, sino que radica en como construir la funcionalidad, la cual puede ser transferida a los usuarios o ser automatizada (realizada al vuelo / on the fly). Para finalizar, presentó una serie de ejemplos de transformación y traslado de coordenadas entre distintos marcos y distintas épocas, empleando dos métodos distintos, que conjugan el uso de un modelo de velocidades y 14 parámetros de transformación y viceversa. En el cierre de su presentación Kelly remarcó que luego de la implementación en el software debe continuarse con la educación a los usuarios.

La última presentación del Webinario estuvo a cargo de Craig Greenwald de la empresa Geomobile Innovations, la cual estuvo relacionada con aspectos prácticos de la captura de datos en el terreno y la integración de los mismos en capas de SIG. El planteo puso foco en considerar el marco de referencia en el que están expresados los conjuntos de datos de partida, cual es el marco en el que van a estar expresadas las coordenadas de los datos relevados, y las distintas variantes para tratar los mismos para “alinearlos” con los datos originales. Además Greenwald se refirió a si las opciones de levantamiento en el terreno a utilizar son en posproceso o en tiempo real, sobre todo porque ésta útlima tiene asociada un marco de referencia específico, situación que en posproceso podemos modificar cambiando las coordenadas de los puntos de control. Finalmente se refirió a la necesidad de realizar controles de campo a nivel de exactitud y/o precisión, como una manera de comprobar la consistencia entre los datos existentes y los nuevos.

A manera de cierre hacemos una crítica y una observación. La primera es que hubiera sido más simple en cuanto a la interpretación de los conceptos emplear casos prácticos, particularmente en las oportunidades a las que se hizo referencia a la integración de los datos de diversas fuentes en SIG. En cuanto a la observación, dejar en claro que si bien los contextos en los que se analizan los temas son distintos a los que se presentan en nuestro país, podemos concluir con la enseñanza que no solo adquiere importancia el manejo de coordenadas en la era de los GNSS y los SIG, sino que cada vez será más importante el manejo de las épocas en los marcos de referencia. Al respecto, la industria de la tecnología de la IG ya está dando los primeros pasos en esa dirección.-

El video tiene una duración de 1 hora y 34 minutos y se encuentra disponible en: http://www.youtube.com/watch?v=3qOGJFjtqig

lunes, 21 de octubre de 2013

Los mejores recursos sobre Geodesia y Posicionamiento Satelital (Primera Parte)

Internet constituye una fuente inagotable de recursos educativos que, bien aprovechados, sirve a  los profesionales en ejercicio para mantener actualizados sus conocimientos. Lógicamente que esto requiere de una cierta autodisciplina y organización del tiempo. Una primera contribución a este fin, parte de contar con información de base para realizar una revisión de sitios y documentos disponibles en la web, considerando particularmente importante el nivel de conocimientos necesario para hacer un mejor aprovechamiento de la información existente.

Respecto al título de la entrada, hemos señalado una primera parte ya que esperamos realizar más aportes sobre este tema en el futuro, y la indicación de mejores -como siempre- es subjetiva, ya que solo responde a una evaluación personal del autor.  

A continuación, presentamos el material con sus metadatos básicos y links de acceso:

Título: Geografía y Georreferenciación
Autores: Eduardo Huerta, Aldo Mangiaterra y Gustavo Noguera
Institución: Universidad Nacional de Rosario – Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura, Grupo de Geodesia Satelital.
Nivel: básico.
Formato recurso: documento.
Contenido: Georreferenciación. Sistema de Posicionamiento Global GPS. Coordenadas y Marcos de referencia. Aplicaciones prácticas.

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Título: Geometric Aspects of Mapping
Autor: Richard Knippers
Institución: University of Twente, Faculty of Geo-information Science and Earth Observation, ITC.
Nivel: básico / intermedio.
Formato recurso: página web.
Contenidos: Sistemas de coordenadas, Superficies de Referencia, Proyecciones Cartográficas y Transformaciones de coordenadas.


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Título: Página oficial del Sistema de Posicionamiento Global GPS
Autor: National Coordination Office for Space-Based Positioning, Navigation, and Timing.
Institución: Gobierno Federal de los Estados Unidos.
Nivel: básico / intermedio.
Formato del recurso: página web, documentos y presentaciones.
Contenidos: Información destinada al público en general, medios de comunicación, profesionales y estudiantes. Noticias y novedades sobre el GPS. Descripción del GPS, exactitud, modernización y documentación técnica. Aplicaciones. Administración, política y legislación, financiamiento y cooperación internacional. Recursos multimedia, videos, imágenes, presentaciones y tutoriales.


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Título: Principles of the Global Positioning System
Autor: Thomas Herring.
Institución: Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Nivel: avanzado.
Formato del recurso: página web con enlaces a presentaciones.
Contenidos: Sistemas de coordenadas y tiempo. Órbitas de los satélites GPS. Observables GPS. Estimación: introducción, enfoque estadístico y correlaciones. Modelos GPS y procesamiento. Software de procesamiento. GPS cinemático. Aplicación a problemas tectónicos. 


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Título: Geometric Reference Systems in Geodesy
Autor: Christopher Jekeli.
Institución: Ohio State University.
Nivel: intermedio/avanzado.
Formato recurso: documento.
Contenidos: Sistemas y marcos de referencia, forma de la Tierra. Sistemas de coordenadas en Geodesia. Sistema de referencia terrestre. Sistema de referencia celeste.
 
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sábado, 5 de octubre de 2013

Nuevas Estaciones GNSS Permanentes de la Red RAMSAC IGN y uso de los datos

Una importante actividad viene desplegando el Instituto Geográfico Nacional en cuanto a la ampliación de la Red Argentina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC) durante el año en curso.

De acuerdo a información publicada en el sitio: http://www.ign.gob.ar/NuestrasActividades/Geodesia/Ramsac/Mapa, se observa un importante número de nuevas EEPP instaladas, por ejemplo:

Lugar y Provincia
Código ID
Receptor
Fecha instalación
Trancas, Tucumán
TRNC
Trimble Net R9
23/02/2013
Lavalle, Mendoza
MZAL
Ashtech Z-12
30/04/2013
25 de Mayo, La Pampa
25MA
Trimble Net R9
15/05/2013
Tres Arroyos, Buenos Aires
3ARO
Leica AR10
12/06/2013
Patagones, Buenos Aires
PATA
Leica AR10
18/07/2013
Tafí del Valle, Tucumán
TAVA
Trimble Net R9
20/07/2013

En forma complementaria, el IGN anuncia la instalación de una nueva EEPP en la ciudad de Villa María, Córdoba, ver: http://www.ign.gob.ar/node/624 (accedido el 27/09/2013).

Para nuevos usuarios que necesitan vincular sus mediciones al marco de referencia POSGAR 07, se explica a continuación cómo acceder a los datos de las EEPP:

1 – Acceder a la página principal del IGN, luego ir a la sección Área Profesional aparatado Geodesia.
2 – Picar en RAMSAC ubicado en el menú ubicado a la derecha, y luego en Descarga de archivos RINEX.
4 – Una vez situado en el área de descarga es necesario bajar la aplicación CRX2RNX.exe, conocida como Hatanaka, ubicada en link PROGRAMA situado en la parte superior de la página. Además se encuentra disponible un INSTRUCTIVO cuya lectura se recomienda, para complementar lo aquí explicado.
5 – Luego se selecciona el Intervalo de medición, no todas las EEPP tienen el mismo, de manera que el usuario deberá conocerlo de antemano, para lo cual puede consultar el mapa de la red (http://www.ign.gob.ar/NuestrasActividades/Geodesia/Ramsac/Mapa) picando en la EEPP de interés, dónde figuran todos los metadatos de la misma. Además en dicho formulario están disponibles las coordenadas geodésicas que deberá utilizar como punto base para el procesamiento diferencial.
6 – A continuación se selecciona la EEPP, teniendo en cuenta aquí el código que la identifica, por ejemplo si deseamos bajar los datos de la estación ubicada en Esquel, Chubut, se debe seleccionar en el menú desplegable ESQU.
7 – Posteriormente se selecciona la fecha en la que realizamos nuestro trabajo y finalmente picamos en ícono Buscar.
ACLARACIÓN: Solo para simplificar se ha seleccionado una EEPP y un día, aunque es posible seleccionar más de una estación e incluir las fechas que sean necesarias.



En la siguiente impresión de pantalla se muestran los resultados para nuestra búsqueda:



8 – Haciendo clic con el botón derecho descargamos a nuestra PC los archivos de navegación y observación. Si disponemos de receptores que sólo trabajan con GPS no será necesario contar con los archivos de GLONASS.

La designación de los archivos se corresponde al siguiente esquema: los cuatro primeros caracteres corresponden al nombre de la estación (esqu), los tres siguientes al día GPS (268), 0 corresponde a la sesión que en este caso es única por ser un archivo diario. En todos los casos, la extensión de los archivos es .Z que corresponde a un método de compresión normal pudiendo emplear para la descompresión WinZip, WinRAR, 7Zip, etc. Sin embargo los archivos de observación tienen una doble compactación por lo que será necesaria una segunda descompresión, en este caso con la aplicación mencionada en el punto 4.

9 – El úlitmo paso es proceder a la descompactación de los archivos de navegación (.n) y observación (.o)

Observamos en la última pantalla todos los archivos que tendremos en la carpeta dónde alojemos nuestros datos, sobre la cual cabe aclarar que para efectuar la segunda descompactación basta arrastrar el archivo esqu2680.13d (resultado de la primera descompactación) hasta el ejecutable CRX2RNX, que dará como resultado el archivo esqu2680.13o con lo cual  se da término al proceso, estando en condiciones de procesar las mediciones GPS/GNSS.

Para algunos software de posprocesamiento, será necesario cambiar el nombre el archivo de navegación, reemplazando auto por el del nombre de la EEPP que, en este caso, quedaría esqu2680.13n.



Además de la modalidad de acceso tradicional al marco de referencia en posproceso que hemos descrito, el IGN brinda alternativamente un servicio de posicionamiento en tiempo real conocido como RAMSAC NTRIP, a través de las correcciones que generan las EEPP en el protocolo estándar RCTM, que los usuarios pueden recibir directamente en los receptores que cuentan con módem incorporado, o en caso que no lo tenga, puede recurrirse a un dispositivo externo que actúe como intermediario, por ejemplo: PC portátiles -a las que hay que instalar una aplicación Cliente NTRIP-, celulares con tecnología GPRS, GSM o 3G, o asistente digital personal (PDA). Más información acerca del funcionamiento de esta tecnología, puede encontrarse en la siguiente entrada de este blog: http://cafegeodesico.blogspot.com.ar/2011/10/sobre-ntrip.html

Es muy importante tener en cuenta que las correcciones (propagación de la señal en la tropósfera / ionósfera, efemérides y reloj de los satélites) se generan en base a las coordenadas de las EEPP, de manera que las soluciones de posicionamiento entregadas a los usuarios están vinculadas al marco POSGAR 07.

Para acceder a este servicio, más precisamente al Caster NTRIP, el usuario solo debe completar un formulario de registro, siendo el uso del sistema libre y gratuito.

Fuente consultada: Instituto Geográfico Nacional de Argentina, www.ign.gob.ar