Las estaciones GNSS permanentes y su incidencia en la geodesia actual

Al  definir el marco de referencia se menciona, desde tiempo atrás, que está sostenido por monumentos (estaciones pasivas) o instrumentos constituyendo estos las  estaciones GNSS permanentes, activas o continuas, cuyo número se incrementa en forma constante.

Las estaciones permanentes tienen algunas características que es oportuno destacar:

-          Disponen de los instrumentos más avanzados de la tecnología,

-          Ofrecen sus observaciones libremente a los usuarios,

-          Mediante la posibilidad anterior se reduce el número de instrumentos o, en otras palabras, se aumenta la productividad y que también se desprende de la publicación 49 de la FIG[1],

-          Registran los movimientos de la corteza terrestre, y

-          Concordante con el punto anterior, actualizan sus coordenadas semanalmente

Con estas particularidades se está transformando la metodología de los trabajos de georreferenciación cualquiera sea su aplicación.

Mencionaremos a continuación algunas alternativas acerca de cómo aprovechar las posibilidades disponibles, otras en vías de desarrollo y cómo observamos que podría modificarse el concepto de marco de referencia.

Los datos

De las estaciones permanentes están disponibles en el servidor del Instituto Geográfico Nacional http://www.ign.gob.ar/DescargaRamsac , donde también aparece la situación de las estaciones en cuanto a si se encuentra en funcionamiento, si ha sufrido alguna interrupción o algún otro inconveniente http://www.ign.gob.ar/node/244

Las coordenadas semanales de las estaciones SIRGAS-CON se publican con un retardo aproximado de un mes y se encuentran en http://www.sirgas.org/index.php?id=153

Estación GPS Permanente ESQU - IGN RAMSAC

Las alternativas de utilización

La primera es el cálculo en forma relativa respecto de una estación mediante el software de procesamiento que dispone el usuario, dependiendo sus resultados del instrumento que dispone y de la distancia a la que se encuentra de la estación.

También está la posibilidad de recurrir al Servicio de Posicionamiento Diferencial GPS (LOPS)  que mantiene la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas (UNLP) [2] http://www.fcaglp.unlp.edu.ar/pg o a otros que también se encuentran en línea, tales como  AUSPOS (http://www.ga.gov.au/geodesy/sgc/wwwgps/ ) o SCOUT (http://sopac.ucsd.edu/processing/).

La consideración anterior no descarta el uso del procesamiento puntual preciso (PPP) que también se encuentra en Internet, por ejemplo en el sitio del IBGE de Brasil http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/ppp/default.shtm  cuyos resultados no necesariamente serán coincidentes con los que puedan obtenerse mediante una vinculación directa con un marco nacional o regional.

Una  solución  técnica para llevar adelante en forma eficaz la georreferenciación en sus distintas aplicaciones se encuentra en el informe titulado “Infraestructura de estaciones terrestres para la georreferenciación en la provincia de Santa Fe mediante posicionamiento satelital” del Grupo de Geodesia Satelital Rosario (Aldo Mangiaterra, Gustavo Noguera, Eduardo Huerta) de la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura de la Universidad Nacional de Rosario que se publica en http://www.fceia.unr.edu.ar/gps/ep/informe-final.pdf 

Existen diversas metodologías de medición que permiten obtener coordenadas en un sistema global utilizando GPS. Muchas aplicaciones requieren determinar las coordenadas en forma instantánea y con mejores precisiones que las que puede otorgar un receptor del tipo de los llamados navegadores. Esta modalidad es conocida como "tiempo real" (RT), y en este caso es necesario transmitir correcciones y observaciones desde una estación base al receptor que opera el usuario. En la actualidad esta transmisión puede realizarse utilizando Internet mediante el protocolo denominado NTRIP (Networked Transport of RTCM Internet Protocol). De esta manera el usuario de GPS, tanto para el caso de navegadores como para receptores de mejor precisión, obtiene las correcciones generadas en Estaciones Permanentes GPS, como la que funciona en la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura de la UNR. Estas correcciones mejoran sustancialmente la precisión en las coordenadas obtenidas, permitiendo aplicaciones de diversos tipos: agrimensura, sistemas de información geográfica, obras de ingeniería, agricultura de precisión, transporte, etc., garantizando la georreferenciación de los resultados obtenidos.

Para ampliar los conocimientos acerca de NTRIP existen distintos documentos en Internet, tales como:

-          GPS en tiempo real usando Internet, Gustavo Noguera [3]

-          RAMSAC NTRIP, IGN [4]

El marco de referencia

Los recientes movimientos telúricos han demostrado la fragilidad de los marcos de referencia particularmente en ciertas regiones donde sus efectos han sido más notables. Es cierto también que para otras regiones sus consecuencias son menos trascendentes y es posible omitir - para muchas o quizás la mayoría de las aplicaciones– sus efectos.

Esta situación ha sido considerada durante la reciente reunión de la Asociación Internacional de Geodesia [5] donde se puso énfasis en considerar  la posibilidad de implantar los marcos de referencia semidinámicos, un tema al que le dedicáramos nuestra atención en el artículo “Marco de referencia  geodésico argentino” que se encuentra en el blog de GEOnotas [6].

Citas

[1] Weston, Neil D. & Volker Schwieger (2010). Cost Effective GNSS Positioning Techniques. Publicación N° 49 de la Federación Internacional de Agrimensores (FIG).  http://www.fig.net/pub/figpub/pub49/figpub49.htm

[2 ] Gende,  M, Galván, R., Brunini, C. Procesamiento GNSS remoto en el marco de la red SIRGAS-CON y el proyecto piloto SIRGAS-RT, 2010. http://www.sirgas.org/fileadmin/docs/Boletines/Bol15/19_Gende_et_al_Procesamiento_Remoto_en_SIRGAS-CON_y_SIRGAS-RT.pdf

[3] Noguera, Gustavo. GPS en tiempo real usando Internet. http://www.fceia.unr.edu.ar/gps/ep/GPSenTiempoReal.pdf

[4]RAMSAC-NTRIP, http://www.ign.gob.ar:80/Introduccion_Ramsac-ntrip

[5 ]  www.fig.net/comission5/reports/2011_07_iugg_iag_report.pdf  (El informe incluye el tratamiento de los temas de mayor interés para la comisión 5 (posiciones y mediciones) entre ellos NTRIP y PPP mencionados en esta nota).

[6] http://geonotas.blogspot.com/

Nota: texto elaborado por el Agrim. Rubén C. Rodríguez.

Alturas elipsoidales, ortométricas y modelos de geoide

Es sabido que las alturas elipsoidales (h) y las ortométricas (H) están referidas a distintas superficies de referencia, el elipsoide y el geoide respectivamente.

Las alturas de tipo físico, particularmente las ortométricas, son esenciales para todas las aplicaciones prácticas que requieran información sobre las pendientes gravitacionales, además de ser las utilizadas en la cartografía topográfica.

Para aprovechar el potencial de la tecnología GNSS podemos obtener alturas ortométricas, siempre que podamos determinar la relación entre los sistemas de alturas físico y geométrico (derivado del posicionamiento satelital), a través de la conocida fórmula aproximada:

H = h – N (1),

Donde  N es la altura sobre el geoide o separación geoide – elipsoide, u ondulación del geoide.

Cabe aclarar que las alturas que nos proporciona la red de nivelación argentina son valores que surgen de la nivelación tradicional sin las correcciones por el efecto de la gravedad, además el nivel en el mareógrafo de referencia no concuerda con el geoide, sea por variaciones temporales como permanentes, en este último caso la topografía de la superficie del mar (SSTop) adquiere una singular importancia (figura 1). Por todo ello, es que la ecuación (1) no es posible cumplirla rigurosamente.

Figura 1

No obstante, si dos de estas magnitudes son conocidas podemos determinar:

-         alturas ortométricas, combinando mediciones GNSS y alturas sobre el geoide; y

-         realizar un control del geoide, a partir de informaciones provenientes de la nivelación geodésica más alturas elipsoidales determinadas con técnicas GNSS.

En los casos que sea necesario tener en cuenta solo los cambios en la altura a través del tiempo, como en el monitoreo de estructuras, bastará solamente contar con alturas elipsoidales.

En resumen, podemos identificar las siguientes aplicaciones prácticas:

1)      transporte de alturas ortométricas con geoide conocido;

2)      determinación/control del geoide; y

3)      cambios en la altura a partir de observaciones GNSS periódicas o permanentes.

En todo caso, debe quedar claro que la falta de conocimiento de un geoide preciso constituye la principal limitación para el empleo de técnicas GNSS en altimetría. Actualmente, la información sobre el geoide para nuestro país está disponible a través de dos fuentes de datos:

1)      Geoide Gravimétrico Argentino (GAR) , y

2)      Earth Geopotential Model 2008 (EGM2008)

Desde el punto de vista práctico, los modelos de geoide permiten calcular a través de algún método de interpolación, las alturas sobre el geoide (N) referidas a los elipsoides GRS 80 o WGS 84, a partir de coordenadas geodésicas conocidas.

Figura 2 - Geoide Gravimétrico Argentino (Corchete V., Pacino M.C., 2007). Fuente: International Geoid Service (IGeS), http://www.iges.polimi.it/

Ahora bien, ¿cuál es la exactitud de ambas soluciones?. En el trabajo de Víctor Corchete y María Cristina Pacino (2007) titulado The first high-resolution gravimetric geoid for Argentina, mencionan que un total de 393 puntos de nivelación fueron empleados en la evaluación y validación del GAR, obteniendo como resultado una exactitud estimada para los valores de N de 3 a 7 cm. De todas maneras, dicho control no fue realizado en base a una distribución homogénea de los puntos, y además sus propios autores declaran que la exactitud del modelo no es uniforme por la carencia de datos gravimétricos en determinadas zonas del país, de modo que habrá que probar antes el modelo en la zona de trabajo.

Finalmente, respecto al modelo EGM2008 la información acerca de la evaluación de su calidad dentro del territorio argentino es escasa, aunque presentaremos un ejemplo con algunos puntos de las provincias de Chubut y Neuquén, cuyos resultados se ajustan al dato de referencia que los autores del modelo declaran: 15 cm. de error medio cuadrático para los valores de ondulación del geoide extraídos del modelo. Valen las mismas consideraciones que para el GAR respecto a pruebas previas.

Es recomendable utilizar como contraste o validación de los modelos las alturas elipsoidales provenientes de los marcos POSGAR 98 o 2007 (red básica / Estaciones GNSS Permanentes).

Transporte relativo de cotas

Cuando se trata de obtener alturas ortométricas (o cuasi ortométricas) una solución es el traslado de las mismas en forma relativa mediante la siguiente expresión:

La alternativa está justificada por la circunstancia que los modelos de geoide tienen mayor validez en cuanto a forma que a su vinculación con el terreno.

Agradecimiento: al Agrimensor Rubén C. Rodríguez  por sus observaciones y agregados para mejorar el contenido del presente.

Directrices para el uso de los Sistemas Globales de Navegación Satelital (GNSS) en levantamientos y cartografía

Esta publicación cuya autoría corresponde a la Royal Institution of Chartered Surveyors (RICS) de Reino Unido, es básicamente un manual de buenas prácticas sobre la materia. En la introducción del documento, se indica que ha sido escrito con dos objetivos en mente, uno proveer a los Agrimensores de un conjunto de directrices operativas a utilizar cuando se realiza cualquier tipo de levantamiento que incluya técnicas GNSS, y otro, proveer a los clientes o contratistas de servicios de posicionamiento una ayuda para la preparación de términos de referencia contractuales.

Este manual de práctica está dividido en 2 partes, en la primera se ofrece un resumen de los criterios más importantes que deben ser considerados en todo levantamiento GNSS, en tanto que la segunda parte es una explicación técnica que desarrolla los temas de la primera parte.

Los contenidos desarrollados son los siguientes:

Parte 1 – Directrices

1.      El rol de los GNSS en los levantamientos.

2.      Documentación de levantamientos GNSS.

3.      Operaciones de levantamiento GNSS (incluye planificación, trabajo de campo/observaciones, procesamiento de datos, sistemas de referencia, informes, etc.).

Parte 2 – Comentarios técnicos

4.      Métodos de levantamiento GNSS.

5.      Consideraciones operativas.

6.      Marcos de referencia.

7.      Aspectos de calidad (incluye planificación, diseño, procedimientos de campo, control de calidad de sistemas en tiempo real, procedimientos de gabinete).

En forma complementaria, la publicación dispone de los siguientes apéndices:

A.     Verificación, pruebas y mantenimiento de equipos GNSS.

B.     Información sobre tipos de receptores.

C.     Bibliografía y lecturas adicionales.

D.     Especificaciones de ejemplo.

E.      Procedimientos de ejemplo.

Para acceder a la publicación haga clic aquí. (Archivo .pdf, tamaño 1,2 MB)