Entre
los métodos de posicionamiento GNSS podemos distinguir básicamente a:
1)
El Posicionamiento Puntual Absoluto, que es la
solución de los navegadores y dónde la posición de determina utilizando la
medición con código junto al mensaje de navegación transmitido con un solo
receptor. Los errores del satélite, medio de propagación de la señal y del
receptor son corregidos marginalmente, por lo tanto la exactitud de la solución
es a nivel de varios metros, típicamente 5 metros en planimetría y 10 metros en altura.
2)
El Posicionamiento Relativo o Diferencial, que
hace uso de mediciones simultáneas a los mismos satélites, con la finalidad de
cancelar los errores orbitales, de los relojes de los satélites y del medio de
propagación de la señal (tropósfera + ionósfera), a través de (básicamente) una
doble diferencia satélite-receptor. Este método permite calcular una diferencia
entre dos posiciones con una exactitud a nivel de mm./cm., por lo que requiere que
una de ellas sea conocida a través de un marco de referencia, para aplicar el
incremento de coordenadas (delta X, delta Y, delta Z) y así obtener la posición
de los nuevos puntos.
3)
El Posicionamiento Puntual Preciso que emplea
datos de medición con fase no diferenciados, es decir provenientes de un solo
receptor de tipo geodésico, más datos de corrección de los errores en los
relojes de los satélites y órbitas precisas, junto a un esquema de modelamiento
adicional de errores, con la finalidad de obtener una solución con una
exactitud a nivel de cm./dm.. En este caso los “puntos fijos” pasan a ser
directamente los satélites.
Ahora
bien, es importante no perder de vista que si bien los usuarios en este último
método aprecian el empleo de un solo receptor para obtener una solución de
posicionamiento de calidad, detrás del PPP hay una infraestructura de
observación a escala global (red de estaciones GNSS permanentes) y centros de
análisis, que generan las efemérides precisas y las correcciones a los relojes
de los satélites, que son necesarias para que este método funcione en la
práctica.
Sesgos y errores en el
PPP
Si
bien este es un tema que para los usuarios es transparente ya que se encuentra
“encerrado” dentro de los algoritmos del software que calcula las posiciones,
es importante conocer que el PPP requiere de una gran cantidad de correcciones
para alcanzar las exactitudes que ofrece. Cuando hicimos referencia a un
esquema de modelamiento adicional de errores en el punto 3) del apartado anterior,
nos estábamos refiriendo concretamente a: la rotación de fase de los satélites,
efectos relativísticos, corrección de las mareas terrestres, carga oceánica y
otros parámetros geofísicos como el movimiento del polo y el movimiento de las
placas tectónicas, conjunto de correcciones que son propias de este método en
comparación al más conocido método diferencial.
Ventajas y desventajas
del PPP
Las
cualidades más importantes del PPP radican en:
1)
que los usuarios no requieren vincularse a un
marco de referencia ocupando una estación base con coordenadas conocidas;
2)
que desaparecen las limitaciones referidas a la
longitud del vector o de la base;
3)
que simplifica el procesamiento de las observaciones GNSS y el trabajo de
campo;
4)
que pueden aplicarse a levantamientos estáticos
y cinemáticos; y
5)
que permite el acceso directo al marco ITRF.
La
principal desventaja del PPP es que requiere de tiempos de convergencia largos,
necesarios para que la solución flotante de las ambigüedades de la fase
converja para garantizar un posicionamiento a nivel centimétrico (Rizos, Ch.,
et. al., 2012). Respecto a los levantamientos cinemáticos, el problema del
tiempo de convergencia puede solucionarse realizando una observación estática
suficientemente larga antes del levantamiento.
En
el siguiente gráfico, se muestra un ejemplo realizado en base a más de 500
archivos RINEX remitidos al servicio Natural Resources Canada
(NRCan) - CSRS-PPP, en el que puede observarse que
para lograr una posición por debajo de los 3 cm. son necesarias más de dos horas de observación.
Esto siempre para el caso de receptores de doble frecuencia.
En primer lugar, es importante destacar la facilidad
de los trabajos de posprocesamiento que implica la utilización del PPP, frente
a los conocimientos que son necesarios para procesar observaciones por el
método relativo como además para evaluar sus resultados, caso en el que los
usuarios necesitan manejar con suficiencia las herramientas disponibles de un
software propietario. En el caso del PPP, el funcionamiento básico de los
servicios disponibles se remite al envío de los archivos de observación en
formato RINEX que, en algunos casos deben estar compactados y en otros no. Luego
de procesados los datos (en forma casi inmediata), son devueltos a la casilla
de e-mail del usuario con una solución de posicionamiento detallada. En
cualquier caso, hay que tener en cuenta que cada aplicación dispone de una
página o documento que indica cómo utilizar el servicio, al que deberá
remitirse el interesado antes de utilizarlo. Como ejemplo, se
adjuntan dos archivos de resultados, uno corresponde a un receptor de una frecuencia y otro a uno de dos frecuencias correspondientes
al servicio Canadiense CSRS-PPP.
Pruebas de campo: Diferencial vs. PPP
En la siguiente planilla están
disponibles los resultados correspondientes a 5 archivos de observación
capturados con un receptor de dos frecuencias, que fueron procesados en forma
relativa tomando como base la EEPP ESQU
de la Red RAMSAC
del IGN, y luego las posiciones resultantes fueron corregidas por velocidades
con el Modelo VEMOS 2009 para llevar las coordenadas desde la época de definición
del marco POSGAR 07 (2006.632) a la época en que fueron realizadas las
distintas mediciones. Luego las coordenadas resultantes X c, Y c, Z c, fueron
comparadas con las obtenidas por el servicio Canadiense CSRS-PPP. Finalmente, se obtuvieron las diferencias
entre ambos conjuntos de coordenadas cartesianas geocéntricas, del que podemos
observar, como era de esperar, que las diferencias más significativas se
produjeran en las sesiones de menor tiempo de duración. Dos cuestiones a tener
en cuenta aquí son: 1) que no se aplicaron parámetros de transformación entre
ITRF 05, al cual está referido POSGAR 07, e ITRF 08, al cual están referidas
las coordenadas del servicio PPP, por tratarse de magnitudes despreciables para
aplicaciones en levantamientos topográficos y mensuras; y 2) la aplicación del
Modelo VEMOS 2009 está limitada a la zona estable de la placa tectónica, por lo
que no puede aplicarse en áreas dónde se han producido terremotos, como por
ejemplo, en la región de Cuyo, Argentina, que ha sido afectada por el sismo de
Chile en Febrero de 2010.
Rizos, Chris, Janssen, Volker, Roberts, Craig &
Grinter, Thomas (2012). Precise Point
Positioning: Is the Era of Differential GNSS Positioning Drawing to an End?. FIG
Working Week 2012, Roma, Italia, 6 al 10 de Mayo, http://www.fig.net/pub/fig2012/papers/ts09b/TS09B_rizos_janssen_et_al_5909.pdf
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Además, en
el posicionamiento relativo puede asumirse que dentro de los 15/20 km. las
demoras en la ionósfera son de similar magnitud, por lo que al diferenciar las
observaciones se obtienen nuevas posiciones a nivel centimétrico. Pero como ya
señalamos, el PPP trabaja con observaciones no diferenciadas, lo cual demanda
el empleo de receptores de dos frecuencias que permiten formar combinaciones
lineales a partir de los observables originales y así corregir los efectos de
primer orden de la ionósfera, para obtener una solución de exactitud
equivalente. Pero el uso de receptores de una frecuencia en forma aislada no
permite la corrección del efecto de la demora de la señal en la ionósfera sino
a través de modelos, por lo que quedan errores remanentes que no pueden ser
reducidos ni menos eliminados completamente. Por tal motivo, las soluciones de
PPP son, en estos casos, de exactitud submétrica. Más precisamente, según la
experiencia del autor, con una sesión de unas 5/6 horas, más o menos
correspondiente a una jornada de trabajo, puede obtenerse una exactitud en
planimetría por debajo de los 40
cm. y en altura por debajo de los 70 cm.
El marco de referencia
Una
cuestión fundamental a tener en cuenta es que las coordenadas resultantes del
PPP están expresadas en el mismo marco de referencia que el de las órbitas de
los satélites. Digamos que cuando utilizamos órbitas precisas, son las que
calcula el IGS en base a la realización actual del Marco de Referencia Terrestre
Internacional: el ITRF08. A su vez, hay que considerar que las coordenadas
están referidas a la época en que se realizan las mediciones. De manera que si
queremos vincular las coordenadas obtenidas con el PPP a un marco de referencia
nacional, por caso POSGAR 07, es necesario tener en cuenta fundamentalmente la
diferencia entre la época de definición del marco y la época de medición. Para
realizar estas correcciones, se han mencionado todas las alternativas
existentes en la serie de 3 artículos publicados en este blog dedicados al tema
de transformación entre marcos de referencia.
La práctica del PPP
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Interfaz del servicio Canadiense CSRS-PPP
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Actualmente,
se encuentran disponibles los siguientes servicios on-line gratuitos (solo
algunos de ellos requieren registrarse como usuario):
- Natural Resources Canada (NRCan) - CSRS-PPP, http://www.geod.nrcan.gc.ca/online_data_e.php
- Instituto Brasilero de Cartografía y Estadística (IBGE) - PPP http://www.ppp.ibge.gov.br/ppp.htm
- University of New Brunswick (UNB) - GPS Analysis and Positioning Software (GAPS), http://gaps.gge.unb.ca/
- NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) - Automatic Precise Positioning Service (APPS), http://apps.gdgps.net/
- Magic GNSS, http://magicgnss.gmv.com/ppp/
Pruebas de campo: Diferencial vs. PPP
Observaciones finales
En primer lugar, resulta
evidente la posibilidad que se incorpore el PPP como una alternativa válida de
georreferenciación en todo tipo de levantamientos que no tengan fines
geodésicos. En segundo lugar, aunque si bien por el momento el método no
permite aplicaciones en tiempo real, hacia ese objetivo están encaminados los
esfuerzos de la comunidad geodésica internacional, lo cual brindará en un futuro
no muy lejano nuevos beneficios a los usuarios de los sistemas de
posicionamiento satelital. Sobre los últimos desarrollos e innovaciones los
interesados pueden obtener más información en Rizos, Ch. et. al. (2012).
En tercer lugar, el PPP es recomendable
aplicarlo en aquellas zonas dónde el acceso al marco de referencia está
limitado por la distancia, accesibilidad o bien por la destrucción de algún
punto geodésico que necesitamos utilizar como referencia, o simplemente porque
el día que fuimos al terreno a hacer el levantamiento la EEPP que utilizamos estuvo
fuera de servicio. A todo esto, podríamos agregar las zonas dónde la cobertura
con estaciones GNSS permanentes es escasa, ya sea por la baja densidad de
población o por otras razones técnicas o económicas. El PPP en estos contextos viene
a llenar un vacío, por lo que queda en nuestras manos sacarle el máximo
provecho.
Recursos adicionales y referencias:
Gao, Yang (2006). Precise
Point Positioning and Its Challenges. Inside GNSS, Noviembre/Diciembre
2006, págs. 16 a
18,
Mireault, Y., Tétreault P., Lahaye F., Héroux P. &
Kouba J. (2008). Online
Precise Point Positioning. A new, timely service from Natural Resources. GPS World, Septiembre de
2008, págs. 59 a 64, http://www.nxtbook.com/nxtbooks/questex/gps0908/index.php?startid=59#/54
