Este documento presenta las bases teóricas del GPS y los drones. Explica conceptos como la geodesia, la forma elipsoidal de la Tierra, el geoide, los datos y cómo funciona el GPS mediante el uso de satélites y señales de radio. También describe los diferentes tipos de drones, cómo se clasifican y sus usos militares y civiles. Finalmente, menciona brevemente la nueva regulación de los drones en México.

1. BASES TEÓRICAS DEL GPS
(Y DRONES)
PEÑA HERNÁNDEZ THALÍA ALONDRA
SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ARQUITECTURA LIC. URBANISMO
PROFESOR: RICARDO VEGA

2. GEODESIA
:
Ciencia que se encarga de medir y
cartografiar la superficie terrestre.
OBJETIVO:
Proporcionar una armazón o
estructura geométrica precisa
para el apoyo de los
levantamientos topográficos.

3. LA FORMA DE LA TIERRA
El cuerpo
geométrico que se
aproxima en mayor
medida a la forma
real es el elipsoide.
El elipsoide es el
sistema de
referencia
matemático con
respecto al cual se
establecerá la
posición de los
rasgos de la
superficie terrestre.
En la antigüedad, se ocupaban las
coordenadas angulares o esféricas
(Latitud, Longitud) para conocer el
punto sobre la tierra.
Para alcanzar precisiones mas
altas, se deben de tomar en cuenta
la forma elipsoidal de esta, de
modo que las coordenadas
esféricas dieron origen a las
coordenadas geodésicas (Latitud
geodésica y longitud geodésica)

4. EL GEOIDE
Es una superficie de
nivel que representa al
nivel medio del mar, la
cual se prolonga por
debajo de los
continentes y cubre a
la Tierra en su
totalidad. Puede ser
imaginada como la
superficie del mar en
condiciones ideales de
quietud y es en todo
punto perpendicular a
la línea de plomada o
dirección de la
gravedad.
Es un modelo físico que busca
representar la verdadera forma
de la Tierra calculándola como
una superficie del campo de
gravedad con potencial constante
y es utilizada como referencia
para determinar la elevación del
terreno.

5. DATUM
Se define al DATUM como una
serie de puntos sobre la corteza
terrestre que debido a su forma,
ayudan al usuario a
geoposicionarse con mayor
precisión. Cada país o región en
la tierra, tiene su propio datum.
La razón por la que cada región debe
desarrollar su propio DATUM es
básicamente la misma que lo hace
necesario.
Las ondulaciones en la tierra no son
regulares y conforme se mueve de un
punto a otro en la superficie terrestre
es necesario ajustar según los
ascensos y descensos o el campo
gravitacional.
Algunos de los sistemas de georreferencia geodésicos
(DATUM) mas comunes son:
*WGS84, Sistema geodésico mundial que data de
1984.
*ED50, Datum europeo de 1950.
*ETRS89, Sistema de referencia terrestre europeo de
1989 muy similar al WGS84.
*NAD83, Datum estadounidense de 1983 el cual es
muy similar al WGS84.
*PSAD56, Datum provisional sudamericano de 1956.
*SIRGAS, Sistema de Referencia Geocéntrico para las
Américas.

6. GPS
• Es el acrónimo de Global Positioning System que en español quiere
decir, Sistema de Posicionamiento Global.
• Se origina en la década de 1970, en el departamento de defensa de
EEUU para proveer posicionamiento geográfico en cualquier parte del
mundo.
• Funciona por medio de señales de radiofrecuencia que transmite
NAVSTAR, que son unos satélites que transmiten información de alta
precisión.
• Es un sistema de recepción pasiva para posicionamiento y
navegación. No hay suscripción o cuotas por el acceso a las señales
GPS. Es una poderosa herramienta de aplicaciones civiles en todo el
mundo.

7. ¿CÓMO FUNCIONA EL GPS?
• Saber que una señal electromagnética viaja a la velocidad de la
luz en el vacío es la clave para comprender el funcionamiento
del GPS. Determinando cuanto tiempo toma a la señal viajar
desde el satélite al receptor, puede calcularse la distancia que
existe entre ambos. La posición del receptor en un plano
cartesiano X,Y podría obtenerse por intersección cuando se
tengan calculadas las distancias precisas hacia por lo menos
tres satélites en posición conocida.

8. SUBSISTEMA DEL GPS
• El sistema del GPS se compone de tres subsistemas:
1. El satelitario
2. De control
3. Del usuario

9. SUBSISTEMA SATELITARIO
• Constituye los 24 satélites operativos de la constelación
NAVSTAR. Se hallan distribuidos en 6 orbitas elípticas. Estos
satélites están equipados con relojes atómicos activados por
osciladores de Cesio o Rubiidio que permiten al satélite
transmitir ondas electromagnéticas en dos frecuencias
distintas.

10. SUBSISTEMA DE CONTROL
• Consiste en una Estación Maestra de Control, localizada en
Colorado Springs, California EEUU y cuatro estaciones más,
distribuidas a lo largo del ecuador alrededor del mundo.
• Cada estación rastrea los satélites GPS mediante
radiotelescopios y envía la información hacia la estación
maestra, donde se llevan a cabo cálculos para determinar las
efemérides precisas de navegación de cada satélite y la
transmite a los satélites, esta información a su vez es
retransmitida por los satélites como parte de su mensaje de
navegación al subsistema usuario.

11. SUBSISTEMA DEL USUARIO
• Este subsistema lo componemos todos. Existe un programa de
disponibilidad selectiva, que se aplica sólo a uno de los dos
códigos que se hallan sobrepuestos en las señales GPS.

12. ESTRUCTURA DE LA SEÑAL
• Las señales que emiten los satélites NAVSTAR son ondas
electromagnéticas que entran en la banda L del espectro
electromagnético.
• Los receptores GPS tienen relojes que aunque no son tan
precisos, se consideran por ahora “sincronizados” con los
relojes satelitales. La parte más difícil de medir el itiempo que
toma a las señales viajar desde el satélite al receptor es
determinar cuando la señal salió del satélite. El sistema GPS
logra esto por medio de la sincronización de los satélites y los
receptores GPS.

13. Los cálculos de las distancias de satélite, son una comparación
entre el código generado entre el satélite y en el receptor para
calcular el tiempo de viaje de la señal, multiplicado por la velocidad
de la luz y agregando la corrección en el reloj receptor, finalmente
las ecuaciones se igualen puesto que se refiere a la misma variable.
Desde el punto de vista físico, el receptor calcula una
pseudodistancia, multiplicando el tiempo de viaje de la señal por la
velocidad de la luz.
La corrección en el reloj del satélite, los retrasos debido a la
atmósfera y el ruido en la señal son compensados por la
incorporación de correcciones relativistas y deterministas.

14. La corrección diferencial.
El GPS calcula su posición en base a las coordenadas que recibe el
satélite de la constelación NAVSTAR; cuando el caso es que sólo un
receptor está trabajando independiente, el método se denomina
posicionamiento absoluto. Debido principalmente a la SA, se
expresa en los receptores mediante un valor adimensional llamado
PDOP (position dilution of precisión)

15. El posicionamiento autónomo
como tal sirve para la navegación terrestre, marítima o
aérea para trabajos de reconocimiento, ubicación de
elementos en cartografía a escalas 1:50,000 o
menores.
Cuando se requiere mayor precisión en el cálculo de
las coordenadas del receptor, el procedimiento que se
aplica se llama posicionamiento relativo o diferencial,
el cual consiste en colocar un receptor en un punto de
control y el otro receptor en el sitio cuyas
coordenadas se desea calcular. Entre ellos se calculan
algunos parámetros llamados “corrección diferencial”
que aplica a las observaciones hechas con el otro
receptor, mejorando así la precisión de las
coordenadas.

16. • Si los receptores son geodésicos pueden separarse hasta 300 km y resolver
el vector que los separa con precisión de 5 mm.
• Comúnmente este posicionamiento se utiliza para geodesia, topografía,
control terrestre, fotogrametría y otras aplicaciones que requieren alta
precisión.
• También existen mediciones realizadas con varios receptores; en una misma
sesión observan tres o cuatro equipos donde al menos uno de ellos ocupa
un sitio previamente posicionado, formando un polígono, varios de esos
polígonos ligados al menos por un vértice forma un red de vectores. Los
programas postproceso tienen rutinas especiales para el ajuste de redes por
mínimos cuadrados, al final de dicho ajuste, el programa reporta la
precisión de los vectores y es entonces cuando hay que especificar las
coordenadas de él o los puntos de control, para que finalmente el programa
calcule en base a los vectores ajustados las coordenadas definitivas de los
vértices objeto de la medición.

17. El resultado de este proceso depende por una parte de la calidad de las observaciones,
pero también de la precisión de los puntos tomados como control, los cuales deben ser
resultado de observaciones GPS previas y en sus coordenadas debe especificarse
concretamente el sistema geodésico al cual están referidas.
En México muchos proyectos aún se realizan en NAD27 y con alturas orto métricas,
pero la tendencia es realizar todos los trabajos GPS en el datum propio del GPS que es
el WGS84. El INEGI ordena que “todo levantamiento geodésico deberá estar referido al
Marco de Referencia Internacional año 1992, que se denomina ITRF92”
El ITRF92, así como el NAD83 están asociados al elipsoide GRS80, que es muy similar
en sus dimensiones al elipsoide WGS84, de manera que no hay error apreciable en
utilizar coordenadas por los ajustes en WGS84 directamente sobre mapas impresos o
digitales en ITRF92 o NAD83.

18. • Es de observar que el nivel de referencia para el calculo de alturas en el GPS es
el elipsoide del WGS84; no obstante alturas orto métricas (alturas sobre el nivel
del mar) directamente con el GPS. Hoy en día existen diversos modelos que
permiten en función de las coordenadas geográficas del sitio calcular la altura
geoidal (N) y al aplicarla como corrección a la altura elipsoidal (h) calculada por
el receptor ofrecer al usuario alturas sobre el nivel del mar (H).
• No es recomendable esta opción para trabajos de precisión, puesto que el
geoide tiene un comportamiento particular en cada región dependiendo de la
orografía, en todo caso habría que realizar una prueba sobre un banco de nivel
para estimar la desviación que se presenta entre la altura calculada por el
equipo y la reportada como altura sobre el nivel del mar para icho punto. Lo
recomendable es incluir bancos de nivel en la red geodésica medida con GPS y
propagar de estos bancos la altura orto métrica.

19. DRONES

20. ¿QUÉ ES UN DRON?
• Un dron es un vehículo aéreo NO TRIPULADO, por eso también
se le puede llamar VANT abreviatura de vehículo aéreo no
tripulado en español. La palabra dron viene del ingles cuya
traducción literal es "zángano". Se puede llamar dron o drone.

21. ¿QUÉ ES UN DRON?
• Como vehículo aéreo puede tener diferentes formas, bien tipo
avión, tipo helicóptero o incluso formas muy diferentes. Pero
los drones no son algo nuevo, el ejemplo más antiguo fue
desarrollado después de la primera guerra mundial, y se
emplearon durante la segunda guerra mundial para entrenar a
los operarios de los cañones antiaéreos. Sin embargo, no es
hasta poco más que a finales del siglo XX cuando operan los
drones mediante radio control con todas las características de
autonomía.

22. TIPOS DE DRONES
• La clasificación es muy amplia, pero la primera clasificación
podría ser en función del tipo de alas.
- Drones de Alas Fijas: Tienen alas fijas y son similares a un
avión.

23. TIPOS DE DRONES
• Drones MultiRotor: Suelen ser cuadricópteros (4 rotores con
hélices) aunque los hay que tienen 6 (hexacópteros) o incluso 8
hélices. Dos hélices giran en el sentido de las agujas del reloj y
las otras dos en el otro sentido, creando así la fuerza de
empuje necesario para llevar al dron hacia arriba. Se pueden
mantener en el mismo sitio sin varias la posición, gracias a sus
giroscopios y estabilizadores, lo que es perfecto para sacar
fotos y grabar vídeos.

24. TIPOS DE DRONES
• MULTITORRES. Los multirrotores son la herramienta más
extendida actualmente y la que todos al pensar en drones
tenemos en nuestra mente. Proporciona una gran versatilidad
y eficacia en las operaciones por su simpleza a la hora de ser
pilotados y por la velocidad de montaje. Es una plataforma
estable por naturaleza, debido a que los motores se encuentran
a la misma distancia del centro de gravedad de la aeronave.

25. • Según el método de control tenemos:
- Autónomo: El drone no necesita de un piloto humano que lo controle desde tierra.
Se guía por sus propios sistemas y sensores integrados.
- Monitorizado: En este caso si se necesita la figura de un técnico humano. La labor
de esta persona es proporcionar información y controlar el feedback del drone. El
drone dirige su propio plan de vuelo y el técnico, a pesar de no poder controlar los
mandos directamente, sí puede decidir que acción llevará a cabo.
- Supervisado: Un operador pilota el dron, aunque este puede realizar algunas
tareas autónomamente.
- Preprogramado: El dron sigue un plan de vuelo diseñado previamente y no tiene
medios de cambiarlo para adaptarse a posibles cambios.
- Controlado remotamente(R/C): El drone es pilotado directamente por un técnico
mediante una consola.

26. • En función de su uso pueden ser:
- Drones Militares: son llamados UCAV que procede del
ingles Unmanned Combat Air Vehicle, traducido al español
sería vehículos no tripulados de combate aéreo. Suelen ir
armados y con capacidad de bombardeos.
TIPOS DE DRONES

27. TIPOS DE DRONES
• Drones Civiles: son aquellos drones que no tienen uso militar. A su vez
pueden ser de
- De uso comercial: como cartografías, fotografías, vídeos, etc.
- Para Aficionados: Se utilizan como un juguete y suelen tener precios
bastantes económicos.
- Para Uso del Gobierno: Se utilizan para bomberos, fuerzas de rescate,
etc. con el fin de ayudar a las tareas de reconocimiento, rescate, fronterizas
e incluso fiscales.

29. LEY DE AVIACIÓN
• La Secretaría de Comunicaciones y Transportes publicó un
documento con el nuevo marco normativo que los Sistemas de
Aeronave Piloteada a Distancia (RPAS, por sus siglas en inglés),
mejor conocidos como drones, tendrán que seguir en México.

30. LEY DE AVIACIÓN
• La categorización de las aeronaves se divide en dos vertientes:
por el peso de las aeronaves y por su uso, ya sea recreativo o
comercial. En el primer caso, se clasifican en tres categorías: de
2 kg o menos (RPAS Micro), más de 2 kg hasta 25 kg (RPAS
Ligero) y de 25 kg en adelante (RPAS Pesado).
Cuando el uso sea recreativo y tenga un peso de 2 kilogramos,
sólo podrán usarse en clubes de aeromodelismo y no exceder
los 161 km/hr.

31. LEY DE AVIACIÓN
• En caso de ser de uso comercial, con peso superior a 25 kg, sólo
podrán volar en los términos y condiciones que permite la circular,
además de que la persona que lo manipule deberá contar con una
autorización de operación.
El uso de los drones sólo podrá realizarse en áreas que no este
clasificadas como prohibidas, restringidas o peligrosas y únicamente
durante el día.
Si el usuario del RPAS desea operar fuera de los requerimientos y
limitaciones indicadas por la circular, deberá realizar una solicitud a
la autoridad aeronáutica correspondiente.

33. FUENTES:
• http://dronespain.pro/tipos-de-drones-aereos/
• http://www.elfinanciero.com.mx/tech/tienes-un-dron-y-
vives-en-mexico-aqui-las-normas-para-poder-volar.html
• https://www.maestrodelacomputacion.net/que-es-un-dron/