Modulo 2

Mi Comunidad, Nuestra Tierra: Geografía para el Desarrollo
Sostenible (MyCOE)
Taller: Introducción a Aplicaciones de Técnicas Espaciales para la
Conservación de la Biodiversidad
Universidad Tecnológica de Panamá
Ciudad de Panamá. 28 de enero a 1ro de febrero, 2008
MODULO SOBRE SISTEMA DE PASICIONAMIENTO GLOBAL GPS
Preparado por: Edwin Ortiz, Ing.Geog.
________________________________________________________________________
TABLA DE CONTENIDOS
1. OBJETIVOS DEL MODULO
General
Específico
2. PRICIPIOS DEL SITEMA DE POSCIONAMIENTO GLOBAL (GPS)
Fundamentos Técnicos
Descripción del Sistema
El segmento Espacial
El Segmento de Control
El Segmento de Usuarios
Fuentes de error
Posicionamiento Diferencial DGPS (Differential GPS)
Tipos de receptores
Herramientas relacionadas
3. APLICACIONES
4. PRACTICAS
Objetivo General
Materiales
Programas
Algunas precisiones
Practica 1: Marcando de puntos
Practica 2: Edición y borrado de un punto
Practica 3: Grabación y borrado de una trayectoria (Traks)
Practica 4: Bajada de datos
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS: Hoja de campo
________________________________________________________________________
1. OBJETIVOS DEL MODULO
General
Aprovechar el Sistema de Posicionamiento Global en la toma de datos de Campo.
Específico
• Recolectar información sobre la posición, longitud y área de elementos geográficos.
• Procesar en laboratorio información espacial recolectada en el campo
2. PRINCIPIOS DEL SISTEMA DE POSCIONAMIENTO GLOBAL (GPS)
Fundamentos Técnicos
GPS es la abreviatura en inglés de Global Positioning System, que traducido al español
significa Sistema de Posicionamiento Global. El GPS genera información sobre la
ubicación de elementos geográficos en relación a un modelo matemático de la tierra.
Antes de que se utilice los GPS, para determinar la ubicación y medición de elementos
geográficos se realizaban en relación al sol y las estrellas. Dichos métodos tenían sus
limitaciones, ya que dependían de las condiciones climáticas y/o la determinación de una
posición requería de un tiempo bastante considerable. Es por estos inconvenientes, que
Los Estados Unidos lanza el Proyecto “Navstar” a través del Departamento de Defensa
a principio de los años 70 y lo pone operativo para el público en 1995.
La determinación de la posición mediante el sistema GPS se basa en la medición de la
distancia entre el receptor y el satélite. La posición de los satélites es conocida por
información trasmitida por los mismos y en base al retardo de las señales de radio que
viajan a la velocidad de la luz se calcula la distancia a los satélites (espacio = velocidad x
tiempo). Con la medición de la distancia a un solo satélite la posibilidad de ubicación de
un punto es en algún lugar de la superficie de una esfera de radio igual al de la distancia
calculada, con dos mediciones tendríamos la posibilidad en algún lugar de la
circunferencia que cortan dos esferas que se interceptan, con tres mediciones la
intersección de tres esferas nos da dos puntos pero el uno es desechado ya que las
coordenadas son inconsistentes (Figura 1). Con tres satélites se obtiene una posición en
2D, para tener una posición en 3D es necesario una medida a un cuarto satélite, que
ratificará la posición calculada con los 3 satélites y corregirá la falta de sincronización
entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites.
Descripción del Sistema
El sistema GPS comprende tres segmentos diferentes:
•
•
•
El segmento Espacial - satélites que giran en órbitas alrededor de la Tierra.
El segmento de Control - formado por estaciones ubicadas cerca del ecuador
terrestre para controlar a los satélites.
El segmento de Usuarios – Cualquiera que reciba y utilice las señales GPS.
El segmento Espacial
El segmento Espacial esta compuesto por una constelación de 24 satélites que emiten
señales de radio, distribuidos en 6 planos orbitales inclinados a 55° con respecto al plano
ecuatorial, se encuentran a una distancia del centro de la tierra de 20200 Km. y tienen un
período órbital de 12 horas (Figura 2).
El segmento espacial está diseñado de tal forma
que se pueda contar con un mínimo de 4 satélites
visibles por encima de un ángulo de elevación de
15º en cualquier punto de la superficie terrestre,
durante las 24 horas del día, permitiendo tener la
posición de un punto sobre la tierra tanto en su
coordenadas horizontales como vertical (x,y,z)
Los satélites transmiten constantemente en dos
ondas portadoras. Dichas ondas portadoras se
derivan de la frecuencia fundamental, generada
por un reloj atómico muy preciso. Las portadoras
son moduladas por códigos.
Los receptores GPS utilizan los diferentes códigos
para distinguir los satélites. Los códigos también son empleados como base para realizar
las mediciones de seudo distancia y a partir de ahí, calcular una posición.
El Segmento de Control
El segmento de control está conformado por 4 antenas de tierra distribuidas entre 4
puntos y una estación de Control Maestro ubicado en Colorado Springs (Figura 3).
En las estaciones se realiza el monitoreo de los satélites para realizar la corrección de los
relojes atómicos de los satélites y trayectorias de estos.
El Segmento de Usuarios
El segmento de usuarios son quienes
pueden receptar las señales GPS con
un receptor para determinar
la
posición.
Fuentes de error
Existen diferentes fuentes de error
que degradan la posición GPS que
pueden llegar hasta algunas decenas
de metros. Estas fuentes de error son:
1. Retrasos ionosféricos ( ± 5 m) y
atmosféricos (± 0,5 m)
2. Errores en el reloj del Satélite y
del Receptor (± 2 m)
3. Efecto Multitrayectoria ((± 0.6 m)
producido por reflejos de las señales
de radio que no llegan directamente
al receptor debido a obstáculos en la
tierra como árboles, edificios grades
Figura 4.
ficies de agua entre otras. super
4. Dilución de la Precisión (DOP) es una medida de la geometría de los satélites.
5. Errores y/o imprecisiones en los datos obtenidos relativos a la orbita en la que se
encuentran los satélites. (± 2.5 m)
6. Disponibilidad Selectiva (S/A). El Departamento de Defensa de los EE.UU. puede
introducir errores aleatorios que pueden superar las decenas de metros. Fue eliminado a
principios del año 2000 pero puede activarse en cualquier momento.
Posicionamiento Diferencial DGPS (Differential GPS)
La finalidad del método DGPS es incrementar la precisión del punto de ubicación
eliminando o disminuyendo los errores de la señal GPS. Se utiliza un Receptor de
Referencia el cual esta ubicado sobre un punto de coordenadas conocidas, lo cual le
permitiría calcular los errores con referencia a este y uno o varios receptores móviles
que se ubican sobre el punto o puntos que deseamos obtener las coordenadas.
El proceso consiste en encender al mismo tiempo el receptor de referencia y el receptor
móvil. El receptor de referencia calcula los errores respecto a cada satélite y trasmite o
registra correcciones hacia los receptores móviles para que puedan aplicarlas y mejore la
poción calculada. Es obvio que si el receptor de referencia no observa los mismos
satélites que el móvil no se podrá realizar DGPS. Las correcciones se envía por enlaces
de radio para realizar la corrección en tiempo real, pero no todos receptores tienen los
mecanismos electrónicos que le posibilitan hacer estos enlaces de tiempo real, por lo que
es necesario realizar un post procesamiento en laboratorio, el cual consiste en bajar los
datos recibidos por el receptor de referencia y el móvil a un computador y con el software
adecuado realizar la corrección diferencial.
DGPS actualmente se puede hacer con la información que envían satélites diseñados
con este fin: EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) creado por
la Agencia Espacial Europea, la Comisión Europea y Eurocontrol ; WAAS (Wide Area
Augmentation System) desarrollado por Estados Unidos (no cubre América del Sur) y en
Japón el MSAS. No todos los receptores GPS vienen con la posibilidad de recibir estas
señales, generalmente los fabricantes incrementan su precio por esta posibilidad.
Tipos de receptores
Dependiendo de la precisión en general se puede clasificar a los GPS en 3 tipos:
1. Receptores geodésicos
2. Receptores topográficos
3. Receptores para navegación personal
1. Receptores Geodésicos.- Son receptores de doble frecuencia (L1, L2), con los cuales se
puede obtener una alta precisión (al centímetro), ideal para trabajos de Geodesia, para
definir redes y trabajos de ingeniería. Permiten DGPS. Su costo sobrepasa los 15000
dólares
2. Receptores Topográficos.- Son receptores de una frecuencia. Permiten DGPS. Nos dan
una menor precisión (> 10 cm.) (Figura 5)
3. Receptores de Navegación Personal.- Son receptores de una frecuencia, se los puede
llevar a mano. En general con estos equipos podemos obtener precisiones hasta de 3
metros.. (Figura 6)
Figura 5
Figura 6.
Herramientas relacionadas
En general los fabricantes de receptores venden su producto con el software necesario
para manipular los datos de estos (bajar, subir, calcular distancias, etc.) o lo podemos
bajar gratis de sus páginas Web, pero otros proveedores venden por separado el receptor
y el software tal es el caso de la Compañía. Trimble.
3. APLICACIONES
Las aplicaciones del GPS son inmensas y depende del técnico que la utilice por ejemplo
un punto, para un biólogo puede representar la localización de alguna especie, para un
geólogo el lugar de un tipo de formación, para un pescador un sitio de pesca, para
ingeniero eléctrico la posición de una antena de telecomunicaciones, para un policía el
sitio de un accidente, para un topógrafo los vértices de una manzana, para una empresa de
transporte la localización de sus unidades, para un piloto de avión la localización de la
pista de aterrizaje, etc.
4. PRACTICAS
Objetivo General
Recolectar datos en campo y desplegarlos en un Sistema de Información Geográfica
(SIG).
Materiales
Receptor GPS eTrex vista HCx
Manual GPS eTrex vista HCx
Libreta de campo:
Programas
Oziexplorer versión demo (bajar datos del GPS y exportarlos a formato .shp
ArcGis)
ArcGIS (Desplegar datos )
Algunas precisiones
El receptor eTrex Vista que se utilizará en la práctica es un navegador personal con una
precisión menor a 10 metros y posee una brújula y un altímetro electrónicos que antes de
ser utilizados deben ser calibrados (ver páginas 29 y 35 del manual). Para mayor
información sobre el receptor ver página 45 del manual.
El termino waypoint representa la localización de un punto.
El software OziExplorer utilizado para bajar los datos del GPS y exportarlos en formato
.shp de ArcView es un demo que puede ser bajado de la página www.oziexplorer.com
por ser un demo tiene ciertas funciones limitadas pero funciona muy bien para los
objetivos planteados de esta práctica.
Con lo que aprenderá en las prácticas, podrá hacer trabajos como los realizados en un
proyecto de delimitación de comunidades, actualización cartográfica de vías y ubicación
de pequeños centros poblados a escala 1:50.000 realizado en las selvas del Ecuador (país
sudamericano).Para este trabajo se utilizó un receptor GPS marca Carmín modelo 12 XL
cuya precisión es inferior a 15 m. que representa menos de 1/3 de un milímetro de la
escala de trabajo. El personal que realizó la delimitación estaba conformado por dos
miembros de la comunidad debidamente capacitados y un ingeniero geógrafo como
coordinador.
Para el trabajo se realizaron 4 procesos:
•
•
•
•
Toma de puntos
Toma de track (senderos)
Bajada de datos del GPS y exportación a formato .shp de ArcView
Edición de datos y realización de polígonos
Las comunidades son representados cartográficamente por polígonos cuyos vértices en
campo fueron levantados como puntos con el receptor GPS, el cuál nunca se apagaba ya
que los Garmin 12XL siempre graban el recorrido del operador (TRACK) obteniéndose
de esta manera los lados del polígono de las comunidades (Figura 7).
Para la actualización de vías y localización de pequeños poblados se utilizaba un vehículo
en el cual se ponía en la cabina frente al volante del chofer el receptor GPS, cuando se
llegaba a un centro poblado este se marcaba con un punto, en la libreta de campo se
anotaba la descripción del poblado y el nombre con que se lo graba en el GPS (Figura 8).
Los datos obtenidos en campo se bajaban al computador (Figura 9), luego se los
exportaba a formato .shp de ArcView programa GIS en el cual se editan los datos y se
dibujan los polígonos (Figura 10).
Figura t
Figura 8
Figura 9
PRACTICA 1
Marcado de puntos
Lea la página 3 del manual de usuario del receptor GPS, que indica las funciones de los
botones de su receptor GPS.
Antes de comenzar cualquier trabajo debe configurar su receptor para que despliegue las
unidades de acuerdo a las necesidades de trabajo además tiene que calibrar la brújula y
altímetro que posee este:
Figura 10
•
Aplaste el botón MENU para ingresar a la pantalla de Menú Principal, luego con
el botón INTRO/BOTÓN DE DIRECCIÓN seleccione CONFIGURAR MENU e
ingrese a la pantalla que despliega esta opción, escoja la opción UNIDADES e
ingrese a este submenú aquí, configure las unidades como usted desea que su
receptor despliegue los datos.
•
Utilice las instrucciones de las páginas 29 y 35 del manual del usuario del
receptor para calibrar la brújula y un altímetro.
En la página 7 del manual de usuario del receptor GPS encontrara las instrucciones de
cómo marcar un punto, memorice estas instrucciones.
Salga a un lugar abierto, encienda el receptor GPS, espere a que reciba la señal de al
menos 4 satélites y luego siga algún sendero o camino y marque por lo menos unos 5
puntos de interés (poste, árbol, etc.). Para cada punto de interés llene la hoja de campo
(monografía de puntos GPS) que encontrará en el anexo de este documento.
Para visualizar los puntos que a grabado utilice las intrusiones BUSQUEDA DE
WAYPOINT de la página 13 del manual del usuario. Cuando despliega los datos del
punto que a visualizado en la esquina inferior derecha existe un botón IR A o en inglés
GO TO al aceptar esta opción el GPS desplegará la brújula del GPS con la flecha
indicando el rumbo y dirección como llegar al punto desplegado desde su posición actual.
PRACTICA 2
Edición y borrado de un punto
Edite los puntos colectados en la práctica anterior, utilice el manual del usuario página 8,
luego borre un punto según las instrucciones de la misma página
PRACTICA 3
TRACKS (Grabación y borrado)
El GPS tiene la función TRACK que nos permite guardar senderos una vez que el GPS
identifica una posición.
Lo primero que se debe realizar es configurar el GPS. Este proceso esta explicado en el
manual en la página 17. Para esta práctica utilice método de grabación auto y como
intervalo normal.
Una vez que haya configurado su GPS salga a un lugar abierto y camine por algún
sendero o camino diferente al realizado en la práctica 1, camine por lo menos unos 300
metros y regrese al lugar de partida utilizando un camino diferente, la idea es conseguir
un polígono.
Utilice las instrucciones del manual del usuario páginas 17 que indica como guardar el
track completo.
Aunque no realice la grabación del track según el método anterior el receptor gps
mantendrá los datos del sendero en su memoria hasta que se llene, luego sobrescribirá
los datos.
PRACTICA 4
Bajada de datos
1. Instale el software MapSource que viene en el CD distribuido junto con su receptor.
2. Instale el programa OZiExplorer:
3. Ejecute el programa OZiExplore: Inicio – Programas – OziExplorer – Oziexplorer. No
escoja la opción Oziexplorer Trial ya que esta no permite bajar los datos del receptor
GPS al computador.
4.
Configure el software para bajar los datos del receptor GPS Garmin.
File – Configuration
5. Escoja en GPS Make Garmin y GPS Model vista y luego grave (SAVE)
6. Clic en la pestaña COM y realice un visto en Garmin USB y grave (Save)
7. En el MENU del software vaya a MAP y de un visto
8. Conecte el cable USB al GPS y al computador y encienda el GPS.
En el MENU del Programa OziExplorer escoja GARMIN - Get Waypoints from GPS
9. En el MENU del Programa escoja GARMIN – Get Track from GPS
10. Para exportar los datos bajados del GPS a formato de ArcView de un Clic en el icono
SAVE - Export to ESRI Shape File – Waypoints to points.
11. Cree una carpeta donde guardará los datos exportados y ponga un nombre adecuado
a los puntos que esta exportando
12. Escoja los parámetros de exportación, Datum, Proyección TM , ZONA, etc
13. Para exportar los tracks del GPS a formato de ArcView de un Clic en el icono SAVE
- Export to ESRI Shape File – Tracks to Polylines y luego siga el mismo procedimiento
que lo realizo para los puntos.
Los datos exportados pueden ser ya vistos en Arview o ArcGIS
Nota: Entre los datos exportados existe tres puntos que vienen por defecto grabados en su
receptor y pertenecen a ubicaciones de diferentes lugares del mundo, por lo que los datos
de su trabajo pueden esta bastante separados en relación a estos y al desplegar los puntos
en ArcGIS puede crear dificultad de visualización.
BIBLIOGRAFIA
Trimble Cía. Ltda.(1999). CD Guía de operación del GeoExplorer 3.
Leica,Geosystems AG.(1999). Introducción al Sistema GPS
Garmín Cía. Ltda. (2007). www.garmin.com. Manual de usuario Serie eTrex HC.
Des Newman. (2007). www.oziexplorer.com . Software OziExplorer
Misnisterio del Medio Ambiente, Ecuador. Proyecto Gran Sumaco. (2007). Modelo de
Monografía Para Puntos GPS.
ANEXOS
HOJA DE CAMPO
Monografías de Puntos GPS
Proyecto:
Cantón:
Nombre Punto:
Subcentro:
Fecha establecido:
Características del
Punto:
Coordenadas Geográficas (Datum
Establecido por:
)
Coordenadas planas (UTM Zona
Lat.:
Este:
Long.:
Norte:
h
Croquis de detalle:
Acceso:
Observaciones:
Elevación:
Fotografía :
/ Datum
)
Ejemplo de llenado
Plan de Manejo Pueblo Kichwa de Rukullakta
Cantón:
Archidona
Subcentro:
RUKULLAKTA
Características del
Punto:
Nombre Punto:
Fecha establecido:
Placa de bronce empotrada en losa del
edificio de las oficinas de la cooperativa
Rukullakta
Establecido por:
Coordenadas Geográficas (PSAD56)
Lat.:
Long.:
ASE:
GPS 1
16/02/2007
Norman Dávila
Coordenadas planas (UTM Zona 18S / PSAD56)
0º 53’ 47.83” S
Este:
188825.692
77º 47’ 44.41” W
Norte:
9900777.715
642.322m
Elevación:
Croquis de detalle:
Fotografía :
“B”
“A”
Acceso:
Observaciones:
Partiendo en vehículo desde Archidona con dirección hacia Baeza por la vía llamada troncal Amazónica, A 300
m mas adelante de la gasolinera REPSOL, a la derecha se entra a un desvío, y luego de recorrer 5 min. Por
éste Se llega al centro poblado de Rukullakta.
16/02/2007 Control, posicionamiento y ajuste de coordenadas.
Sobre la losa de concreto está empotrada una placa de bronce marcada GPS 1.