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TOPOGRAFÍA BÁSICA
GPS y lectura de cartas
Ing. Izar Sinde González M.Sc.
SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO POR
SATÉLITE
 Importancia del sistema
 Definición, ventajas e inconvenientes.
 Principio
 Componentes
 Sistemas existentes
 Fuentes de error.
 Métodos de observación GPS
 Tipos de receptores
IMPORTANCIA DEL SISTEMA
 Hoy en día tiende a sustituir a las técnicas de topografía clásica, por su
fácil utilización y optimización de tiempos.
 Está generalizado en todo tipo de dispositivos. (Celulares, carros…)
 Pero no todo el mundo sabe en que consiste realmente.
DEFINICIÓN
 Todo comenzó con el lanzamiento del SPUTNIK por parte de la URSS.
 Hasta el momento se han enviado al espacio unos 11,000 satélites
artificiales de los que se han aprovechado los geodestas, topógrafos y
medidores en general, aunque no estuviera en sus planes.
VENTAJAS
 Posibilidad de encontrar cualquier dispositivo GPS dentro de laTierra,
que es de mucha utilidad en viajes a lugares desconocidos.
 Precios razonables si no se requiere grandes precisiones.
 Al alcance de la mano.
 Gran versatilidad, fácil utilización.
 Mediciones más rápidas que en topografía clásica.
DESVENTAJAS
 Altos precios si necesitamos grandes precisiones.
 Limitación de la cobertura si nos encontramos en zonas arboladas o en
una ciudad de edificios altos.
 Dependencia del gobierno de un país (Por ahora).
PRINCIPIO
 El posicionamiento por satélite se basa en la medición de distancias (o
mejor dicho pseudodistancias) desde satélites al receptor a través de la
medición del tiempo. Una trilateración inversa en el espacio, conociendo
las coordenadas de al menos 3 satélites permite obtener las
coordenadas en tierra.
Distancia =Tiempo empleado xVelocidad de la luz
PRINCIPIO
 Reloj atómico
 Para alimentar su contador utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal
 10E-9 segundos al día desfase por norma
 Tiempo atómico internacional (TAI)
 Escala de tiempo continua y estable
 El tiempo universal coordenado (UTC) no.
 Átomos de Cesio (Antiguamente Amonio)
COMPONENTES
 El sistema GPS está constituido por tres sectores fundamentales: El
sector espacial, el de Control y de Usuario.
SEGMENTO ESPACIAL
 Está constituido por la constelación de satélites NAVSTAR. Esta pensada para dar
cobertura a cualquier hora del día y en cualquier parte del mundo.
 Proporciona cobertura con 4 a 8 satélites por encima de cualquier horizonte de
cualquier lugar de la Tierra. Si la máscara de elevación en la observación se
reduce a 10º, se puede llegar a observar hasta 10 satélites. Si se reduce a 0º hasta 12
satélites.
 Máscara de elevación: Ángulo con el que se limitan la obtención de datos GPS de los
satélites más próximo al horizonte.
SEGMENTO ESPACIAL
SEGMENTO CONTROL
SEGMENTO USUARIO
Segmento de usuario:
 Está constituido por todos los receptores GPS y sus
programas de procesos de datos.
 Hace unos 30 años la oferta era escasísima, hoy en día
abundan.
 Los factores a tener en cuenta para elegir equipo son el
tipo de observables que es capaz de registrar, la
capacidad de la memoria, el peso, tamaño, consumo de
batería.
SEGMENTO USUARIO
 Los elementos comunes de un receptor GPS son:
 Antena
 Sección RF (Radio Frecuencia)
 Microprocesador
 Oscilador
 Fuente de alimentación
 Dispositivo de control
 Dispositivo de alimentamiento
 Los accesorios son:
 Interfaz de usuario
 Memoria
 Dispositivos de puesta en estación
 Puertos
SISTEMAS EXISTENTES
 Sistema GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System) es el
sistema ruso de navegación por satélite.
 Surge como sustitución del Sistema DopplerTSIKADA, está
administrado por las fuerzas espaciales Rusas y consta de 24 satélites en
3 órbitas de 64,8º de inclinación a 19100 Km. de altitud.Tienen vida útil
de 3 años.
 Transmite con 2 frecuencias.
 Puede combinarse con GPS pero tienen problemas de coordinación en
sus tiempos y en sistema de referencia (WGS84 y PZ90)
SISTEMAS EXISTENTES
 GALILEO
 Desarrollado por Unión Europea a través de la Agencia Espacial Europea (ESA).
 Tiene finalidad civil, pero compatible e interoperable con GPS y GLONASS, de
cobertura mundial y nivel de prestaciones similar al GPS.
 Se quiere eliminar la dependencia de los sistemas norteamericano y ruso.
FUENTES DE ERROR
 Como toda observación topográfica, las observaciones de
GPS también están sujetas a errores. Lo importante de ello
son dos aspectos:
 Saber las causas y la forma de minimizar esos errores
 Si no se puede minimizar, conocer sus magnitudes.
FUENTES DE ERROR
FUENTES DE ERROR
 Errores en el oscilador (reloj):
 Desfase del reloj del satélite respecto al Tiempo GPS.A pesar de ser atómicos con
osciladores de Cesio o Rubidio, NO SON PERFECTOS.
 Se corrigen con 10 relojes calibrados en Tierra muy precisos en tierra.
 Si no se corrigiera, se estima que el podría alcanzar una magnitud de 1m.
FUENTES DE ERROR
 Disponibilidad selectiva
 Degradación introducida deliberadamente por el gobierno de Estados Unidos para
no “meterse en problemas” con sus enemigos.
 Se hace oscilar al reloj del satélite
 Se truncan los datos enviados por las efemérides.
 Los errores típicos estaban +- 35 m. (Según algunos autros hasta 100m.)
FUENTES DE ERROR
 Disponibilidad selectiva
Desactivación de la SA en altimetría
FUENTES DE ERROR
 Disponibilidad selectiva
Desactivación de la SA en planimetría
FUENTES DE ERROR
 Ionosfera.
 Región de la atmosfera comprendida entre los 100 y los 1000 km.
 Las radiaciones solares ionizan algunas moléculas gaseosas, liberando electrones que
interfieren en la propagación de la ondas de radio.
 Puede producir hasta un error de 100 m., pero normalmente es de 10m.
 Utilizando dos señales de diferentes frecuencias y aplicando modelos matemáticos se
puede reducir este error.
 Por la noche es menor.
 Subiendo la máscara de observación a 15º se minimiza también.
FUENTES DE ERROR
 Troposfera
 Es la capa más baja de la atmosfera, contiene vapor de agua con lo que su índice de
refracción varía.
 La temperatura decrece con la altura.
 Entre los 0 y los 80 km.
 Los retardos de señal son significativos en los últimos 40 k.¡m.
 Para solucinar este problema
 Causa un error de 1,9 – 2,5 m. en dirección cenital. Si variamos e ángulo 5º puede
llegar ya de 20-28 m.
FUENTES DE ERROR
 Pérdidas de ciclo
 Es un salto en el registro de las medidas de fase.
 Puede ser debida a:
 Interrupción de la señal enviada por el satélite (edificios, montañas…)
 Baja calidad de la señal
 Mal funcionamiento del oscilador
 Fallo del Software
 Fácil solución si el salto de ciclo no es muy grande.
 Se utilizan algoritmos.
MÉTODOS DE OBSERVACIÓN GPS
 Se puede hacer una división en tres técnicas básicas de observación
GPS:
 Navegación autónoma = Posicionamiento absoluto por código
 Utiliza un receptor simple, se utiliza en navegación y da precisiones de entre 4-10 metros.
 GPS Diferencial por Código = DGPS
 Exige corrección de pseudodistancias. Se pueden conseguir precisiones de entre 0,5 y 5m.
Se utiliza para navegación costera,ADQUISICIÓN DE DATOS SIG, inventarios
georreferenciados, revisión cartográfica de escalas medias, agricultura de precisión,
movimientos de maquinaria en obra civil…
 Posicionamiento Diferencial de Fase
 Precisión entre 0,5 m. y 5 mm. Se aplica a topografía, geodesia, geodinámica, control de
deformaciones, control preciso de maquinaria automática
MÉTODOS DE OBSERVACIÓN GPS
 Navegación autónoma = Posicionamiento absoluto por código
 Es el método más sencillo
 Utiliza receptores simples, pequeños, portátiles y de bajo coste.
 Se obtienen resultados en tiempo real.
 Precisiones de 4-10 m.
MÉTODOS DE OBSERVACIÓN GPS
 Posicionamiento Relativo o Diferencial con fase
 Estático
 Estático rápido
 Stop and Go
 Cinemático puro
 RTK
+ rapidez + precisión
TIPOS DE RECEPTORES
 Receptor geodésico
 Doble frecuencia (L1, L2) con los que se obtienen alta precisión.
 Mas de 25. 000dólares
 Precisión milimétrica.
 Receptor topográfico
 Una frecuencia
 Unos 5.000 dólares
 Menos precisión >10 cm.
 Receptor para navegación personal
 Hasta 3 metros de precisión
 Posicionamiento absoluto
 Desde 50 $
GPS NAVEGADOR
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Definición:
 Son elementos cartográficos todos aquellos gráficos
auxiliares que aparecen en un mapa y que nos ayudan a su
interpretación.
 Son fundamentales para interpretar correctamente un
mapa o un plano, sobre todo si no somos expertos en la
materia.
CURVAS DE NIVEL
Curvas de Nivel
 Son líneas que une puntos que tienen la misma
cota/altitud.
 Las curvas se dibujan en el plano a intervalo de desnivel
contante. Este intervalo recibe el nombre
EQUIDISTANCIA. (1, 5, 10, 20 m.)
 En el plano se supone que entre dos curvas no hay
accidentes. ES SOLO UNA APROXIMACIÓN AL
RELIEVE REAL
CURVAS DE NIVEL
Curvas de Nivel
 Equidistancias
CURVAS DE NIVEL
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 Formas
CURVAS DE NIVEL
Curvas de Nivel
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CURVAS DE NIVEL
Curvas de Nivel
 Ejemplos
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Elementos:
 Leyenda
 Flecha de norte
 Título
 Escala gráfica
 Escala numérica
 Mapa de ubicación
 Cuadrícula
 Cajetilla
 Marco
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Leyenda:
 Es un recuadro en el que aparece información acerca de la
simbología empleada en la cartografía.
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Flecha de norte (Rosa de los vientos):
 Nos da información de la orientación de la cartografía.
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Título
 Nos da información de lo que vamos a ver en el mapa.
 Topográfico: Da información del lugar representado
 Temático: Da información de la variable a representar y del
lugar.
 Debe ser lo primero que resalte en el mapa
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Escala gráfica
 Es una barra de colores blancos y negros (normalmente)
que nos da una idea aproximada de las dimensiones en el
mapa.
Escala numérica
 Es la representación literal de la escala: 1: 1000
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Mapa de ubicación
 Es un mapa de pequeñas dimensiones que tiene como
objetivo situarnos en un ámbito geográfico superior al
representado en el mapa.
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Cuadrícula
 Es una red cuadriculada (con intervalos fijos) que sirve
para situarse fácilmente en unas coordenadas en el mapa.
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Cajetilla
 Es un recuadro en el que debe aparecer información como:
 Autor
 Institución
 Nombre del plano
 Nombre del proyecto
 Escala numérica
 Firma
 Fecha
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ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Marco
 Es el recuadro exterior a la información cartográfica que
se representa:
ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS
Marco
 Obtener latitud- longitud en Carta topográfica:
 https://www.youtube.com/watch?v=GZ6YtWLbGnQ
 Elementos cartográficos
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  • 1. TOPOGRAFÍA BÁSICA GPS y lectura de cartas Ing. Izar Sinde González M.Sc.
  • 2. SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO POR SATÉLITE  Importancia del sistema  Definición, ventajas e inconvenientes.  Principio  Componentes  Sistemas existentes  Fuentes de error.  Métodos de observación GPS  Tipos de receptores
  • 3. IMPORTANCIA DEL SISTEMA  Hoy en día tiende a sustituir a las técnicas de topografía clásica, por su fácil utilización y optimización de tiempos.  Está generalizado en todo tipo de dispositivos. (Celulares, carros…)  Pero no todo el mundo sabe en que consiste realmente.
  • 4. DEFINICIÓN  Todo comenzó con el lanzamiento del SPUTNIK por parte de la URSS.  Hasta el momento se han enviado al espacio unos 11,000 satélites artificiales de los que se han aprovechado los geodestas, topógrafos y medidores en general, aunque no estuviera en sus planes.
  • 5. VENTAJAS  Posibilidad de encontrar cualquier dispositivo GPS dentro de laTierra, que es de mucha utilidad en viajes a lugares desconocidos.  Precios razonables si no se requiere grandes precisiones.  Al alcance de la mano.  Gran versatilidad, fácil utilización.  Mediciones más rápidas que en topografía clásica.
  • 6. DESVENTAJAS  Altos precios si necesitamos grandes precisiones.  Limitación de la cobertura si nos encontramos en zonas arboladas o en una ciudad de edificios altos.  Dependencia del gobierno de un país (Por ahora).
  • 7. PRINCIPIO  El posicionamiento por satélite se basa en la medición de distancias (o mejor dicho pseudodistancias) desde satélites al receptor a través de la medición del tiempo. Una trilateración inversa en el espacio, conociendo las coordenadas de al menos 3 satélites permite obtener las coordenadas en tierra. Distancia =Tiempo empleado xVelocidad de la luz
  • 8. PRINCIPIO  Reloj atómico  Para alimentar su contador utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal  10E-9 segundos al día desfase por norma  Tiempo atómico internacional (TAI)  Escala de tiempo continua y estable  El tiempo universal coordenado (UTC) no.  Átomos de Cesio (Antiguamente Amonio)
  • 9. COMPONENTES  El sistema GPS está constituido por tres sectores fundamentales: El sector espacial, el de Control y de Usuario.
  • 10. SEGMENTO ESPACIAL  Está constituido por la constelación de satélites NAVSTAR. Esta pensada para dar cobertura a cualquier hora del día y en cualquier parte del mundo.  Proporciona cobertura con 4 a 8 satélites por encima de cualquier horizonte de cualquier lugar de la Tierra. Si la máscara de elevación en la observación se reduce a 10º, se puede llegar a observar hasta 10 satélites. Si se reduce a 0º hasta 12 satélites.  Máscara de elevación: Ángulo con el que se limitan la obtención de datos GPS de los satélites más próximo al horizonte.
  • 13. SEGMENTO USUARIO Segmento de usuario:  Está constituido por todos los receptores GPS y sus programas de procesos de datos.  Hace unos 30 años la oferta era escasísima, hoy en día abundan.  Los factores a tener en cuenta para elegir equipo son el tipo de observables que es capaz de registrar, la capacidad de la memoria, el peso, tamaño, consumo de batería.
  • 14. SEGMENTO USUARIO  Los elementos comunes de un receptor GPS son:  Antena  Sección RF (Radio Frecuencia)  Microprocesador  Oscilador  Fuente de alimentación  Dispositivo de control  Dispositivo de alimentamiento  Los accesorios son:  Interfaz de usuario  Memoria  Dispositivos de puesta en estación  Puertos
  • 15. SISTEMAS EXISTENTES  Sistema GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System) es el sistema ruso de navegación por satélite.  Surge como sustitución del Sistema DopplerTSIKADA, está administrado por las fuerzas espaciales Rusas y consta de 24 satélites en 3 órbitas de 64,8º de inclinación a 19100 Km. de altitud.Tienen vida útil de 3 años.  Transmite con 2 frecuencias.  Puede combinarse con GPS pero tienen problemas de coordinación en sus tiempos y en sistema de referencia (WGS84 y PZ90)
  • 16. SISTEMAS EXISTENTES  GALILEO  Desarrollado por Unión Europea a través de la Agencia Espacial Europea (ESA).  Tiene finalidad civil, pero compatible e interoperable con GPS y GLONASS, de cobertura mundial y nivel de prestaciones similar al GPS.  Se quiere eliminar la dependencia de los sistemas norteamericano y ruso.
  • 17. FUENTES DE ERROR  Como toda observación topográfica, las observaciones de GPS también están sujetas a errores. Lo importante de ello son dos aspectos:  Saber las causas y la forma de minimizar esos errores  Si no se puede minimizar, conocer sus magnitudes.
  • 19. FUENTES DE ERROR  Errores en el oscilador (reloj):  Desfase del reloj del satélite respecto al Tiempo GPS.A pesar de ser atómicos con osciladores de Cesio o Rubidio, NO SON PERFECTOS.  Se corrigen con 10 relojes calibrados en Tierra muy precisos en tierra.  Si no se corrigiera, se estima que el podría alcanzar una magnitud de 1m.
  • 20. FUENTES DE ERROR  Disponibilidad selectiva  Degradación introducida deliberadamente por el gobierno de Estados Unidos para no “meterse en problemas” con sus enemigos.  Se hace oscilar al reloj del satélite  Se truncan los datos enviados por las efemérides.  Los errores típicos estaban +- 35 m. (Según algunos autros hasta 100m.)
  • 21. FUENTES DE ERROR  Disponibilidad selectiva Desactivación de la SA en altimetría
  • 22. FUENTES DE ERROR  Disponibilidad selectiva Desactivación de la SA en planimetría
  • 23. FUENTES DE ERROR  Ionosfera.  Región de la atmosfera comprendida entre los 100 y los 1000 km.  Las radiaciones solares ionizan algunas moléculas gaseosas, liberando electrones que interfieren en la propagación de la ondas de radio.  Puede producir hasta un error de 100 m., pero normalmente es de 10m.  Utilizando dos señales de diferentes frecuencias y aplicando modelos matemáticos se puede reducir este error.  Por la noche es menor.  Subiendo la máscara de observación a 15º se minimiza también.
  • 24. FUENTES DE ERROR  Troposfera  Es la capa más baja de la atmosfera, contiene vapor de agua con lo que su índice de refracción varía.  La temperatura decrece con la altura.  Entre los 0 y los 80 km.  Los retardos de señal son significativos en los últimos 40 k.¡m.  Para solucinar este problema  Causa un error de 1,9 – 2,5 m. en dirección cenital. Si variamos e ángulo 5º puede llegar ya de 20-28 m.
  • 25. FUENTES DE ERROR  Pérdidas de ciclo  Es un salto en el registro de las medidas de fase.  Puede ser debida a:  Interrupción de la señal enviada por el satélite (edificios, montañas…)  Baja calidad de la señal  Mal funcionamiento del oscilador  Fallo del Software  Fácil solución si el salto de ciclo no es muy grande.  Se utilizan algoritmos.
  • 26. MÉTODOS DE OBSERVACIÓN GPS  Se puede hacer una división en tres técnicas básicas de observación GPS:  Navegación autónoma = Posicionamiento absoluto por código  Utiliza un receptor simple, se utiliza en navegación y da precisiones de entre 4-10 metros.  GPS Diferencial por Código = DGPS  Exige corrección de pseudodistancias. Se pueden conseguir precisiones de entre 0,5 y 5m. Se utiliza para navegación costera,ADQUISICIÓN DE DATOS SIG, inventarios georreferenciados, revisión cartográfica de escalas medias, agricultura de precisión, movimientos de maquinaria en obra civil…  Posicionamiento Diferencial de Fase  Precisión entre 0,5 m. y 5 mm. Se aplica a topografía, geodesia, geodinámica, control de deformaciones, control preciso de maquinaria automática
  • 27. MÉTODOS DE OBSERVACIÓN GPS  Navegación autónoma = Posicionamiento absoluto por código  Es el método más sencillo  Utiliza receptores simples, pequeños, portátiles y de bajo coste.  Se obtienen resultados en tiempo real.  Precisiones de 4-10 m.
  • 28. MÉTODOS DE OBSERVACIÓN GPS  Posicionamiento Relativo o Diferencial con fase  Estático  Estático rápido  Stop and Go  Cinemático puro  RTK + rapidez + precisión
  • 29. TIPOS DE RECEPTORES  Receptor geodésico  Doble frecuencia (L1, L2) con los que se obtienen alta precisión.  Mas de 25. 000dólares  Precisión milimétrica.  Receptor topográfico  Una frecuencia  Unos 5.000 dólares  Menos precisión >10 cm.  Receptor para navegación personal  Hasta 3 metros de precisión  Posicionamiento absoluto  Desde 50 $
  • 31. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Definición:  Son elementos cartográficos todos aquellos gráficos auxiliares que aparecen en un mapa y que nos ayudan a su interpretación.  Son fundamentales para interpretar correctamente un mapa o un plano, sobre todo si no somos expertos en la materia.
  • 32. CURVAS DE NIVEL Curvas de Nivel  Son líneas que une puntos que tienen la misma cota/altitud.  Las curvas se dibujan en el plano a intervalo de desnivel contante. Este intervalo recibe el nombre EQUIDISTANCIA. (1, 5, 10, 20 m.)  En el plano se supone que entre dos curvas no hay accidentes. ES SOLO UNA APROXIMACIÓN AL RELIEVE REAL
  • 33. CURVAS DE NIVEL Curvas de Nivel  Equidistancias
  • 34. CURVAS DE NIVEL Curvas de Nivel  Formas
  • 35. CURVAS DE NIVEL Curvas de Nivel  Video
  • 36. CURVAS DE NIVEL Curvas de Nivel  Ejemplos
  • 37. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Elementos:  Leyenda  Flecha de norte  Título  Escala gráfica  Escala numérica  Mapa de ubicación  Cuadrícula  Cajetilla  Marco
  • 38. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Leyenda:  Es un recuadro en el que aparece información acerca de la simbología empleada en la cartografía.
  • 39. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Flecha de norte (Rosa de los vientos):  Nos da información de la orientación de la cartografía.
  • 40. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Título  Nos da información de lo que vamos a ver en el mapa.  Topográfico: Da información del lugar representado  Temático: Da información de la variable a representar y del lugar.  Debe ser lo primero que resalte en el mapa
  • 41. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Escala gráfica  Es una barra de colores blancos y negros (normalmente) que nos da una idea aproximada de las dimensiones en el mapa. Escala numérica  Es la representación literal de la escala: 1: 1000
  • 42. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Mapa de ubicación  Es un mapa de pequeñas dimensiones que tiene como objetivo situarnos en un ámbito geográfico superior al representado en el mapa.
  • 43. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Cuadrícula  Es una red cuadriculada (con intervalos fijos) que sirve para situarse fácilmente en unas coordenadas en el mapa.
  • 44. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Cajetilla  Es un recuadro en el que debe aparecer información como:  Autor  Institución  Nombre del plano  Nombre del proyecto  Escala numérica  Firma  Fecha  Número de hoja
  • 45. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Marco  Es el recuadro exterior a la información cartográfica que se representa:
  • 46. ELEMENTOS CARTOGRÁFICOS Marco  Obtener latitud- longitud en Carta topográfica:  https://www.youtube.com/watch?v=GZ6YtWLbGnQ  Elementos cartográficos  https://www.youtube.com/watch?v=XyyHmPsvIhA  Localización de puntos:  https://www.youtube.com/watch?v=GjE0bXrq6qc