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Posicionamiento por Punto Preciso

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  • Categoría de la entrada:Geología
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Hoy hemos decidido hablar sobre Posicionamiento por punto preciso. Existen varios métodos para determinar la posición de un punto a través del receptor GNSS, estos se clasifican en Posicionamiento relativo y absoluto. El que se vaya a usar dependerá de la precisión que se requiera y del tipo de equipo con que se cuente.

En el metodo absoluto solo se usará un único receptor geodésico. En primera instancia se obtendrá coordenadas con presicion de aproximadamente 30m para usuarios civiles y de 5-15m para militares. Por ejemplo, los teléfonos móviles, GPS Navegador, etc. La precisión tambien dependerá de los parametros que se pueda ingresar al software de postproceso y así mejorar la calidad de las coordenadas.

En el metodo relativo diferencial se necesitan mínimo dos receptores, uno de coordenadas fijas y el otro de coordenadas por conocer, ambos se relacionan a través de la linea base que se forma entre ellos, dando como resultado las variaciones en los tres ejes, obteniendo finalmente las coordenadas del punto que se quería conocer.

metodo relativo diferencial

Posicionamiento puntual por punto preciso

Dentro del posicionamiento absoluto encontramos el método de Posicionamiento Puntual Preciso (PPP), es una técnica que aplica correcciones a los factores que influyen en la precisión como son la ionósfera, tropósfera, además de las correcciones de órbitas, relojes, entre otras, obteniendo así coordenadas de puntos con buenas precisiones.

Para dar posición a un punto, el receptor calcula la distancia hacia los satélites que deben ser mínimo 4. El cálculo de la distancia está en función al tiempo que tarda en llegar la señal del satélite hasta el receptor multiplicado por su velocidad de propagación, como se muestra en la siguiente formula.

Para llevar a cabo existen tres métodos, como se ve a continuación:

Pseudodistancia a partir del código– Código C/A modulado sobre la portadora L1 – Código P modulado sobre la portadora L1 – Código P modulado sobre la portadora L2
Diferencia de fase– Diferencia de fase de la portadora L1 – Diferencia de fase de la portadora L2
Observable Doppler– Desplazamiento Doppler de la portadora L1 – Desplazamiento Doppler de la portadora L2

Pseudodistancia a partir del código

Para transmitir las señales se hace uso de las radiofrecuencias denominadas L1 y L2 que son las portadoras, estas ondas de radio viajan a la misma velocidad de la luz, sabiendo esto, solo quedaría determinar el tiempo que demora la señal emitida por el satélite en llegar y ser replicada por el receptor. Para calcularlo es necesario que los relojes de los satélites y de los receptores estén sincronizados puesto que se genera simultáneamente el mismo código, pero esto no sucede así, mientras que los relojes de los satélites son muy precisos, el del receptor es de menor calidad, por lo tanto, menos preciso, esto genera un error al calcular la distancia, es por eso por lo que reciben el nombre de Pseudodistancia.  

Este proceso se realiza de forma automática, continua e instantánea en cada receptor.

Pseudodistancia a partir del código

El satélite lectura la hora en la que emite la señal y el receptor tambien lectura la hora en la que lo recibe, ya que ambos estan bajo un mismo sistema, la diferencia de estos tiempos seria Δt, en la práctica no es así ya que ambos relojes sufren adelantos y retardos que se deben corregir. Estas diferencias son de menos de un milisegundo, pero sabiendo que un microsegundo de desfase se traduce en un error de 300 metros en la medición de la distancia se hace necesario aplicar la corrección de reloj y aún más en PPP puesto que solo nos estamos valiendo de un único recepto GNSS.

Otros requerimientos

Además de lo ya visto, para contar con una posición más precisa de los satelites a los que se está observando, se usan las correcciones de orbita precisa o efemérides, las cuales se recomienda que sean las finales ya que tienen mayor exactitud (0.05-0.2m) esto también dependerá del tiempo que trascurra hasta descargarlas.

Para obtener una ecuación de pseudodistancias más genérica debemos tener en cuenta que la onda electromagnética procedente del satélite atraviesa la atmósfera por lo tanto sufre retardo debido principalmente a la ionósfera y a la troposfera que también se deben corregir. Teniendo así una ecuación más completa.

correcciones de orbita precisa o efemérides

– R: pseudodistancia

– ρ: distancia verdadera

– c: velocidad de la luz

– Δδ: estado de los relojes

– Δion: retardo ionosférico

– Δtrop: retardo troposférico

– MP: efecto multicamino o multipath

– ε: otros errores

Comparación de resultados

La metodología PPP actualmente en nuestro país no es muy usado ya que no se encuentra normado por el Instituto Geográfico Nacional, pero en otras partes del mundo sucede lo contrario, incluso existen diferentes servidores en línea que brindan el post proceso con este método.

A continuación, se mostrará una tabla comparativa, de resultados obtenidos con el software comercial EZSurv, y tres servidores en línea, OPUS de Estados Unidos, IBGE de Brasil y AUSPOS de Alemania, todos ellos comparados con coordenadas certificadas por el IGN a través del método diferencial.  

Para el proceso se usaron los siguientes datos de entrada: el archivo RINEX (formato universal de intercambio), altura y tipo de antena. El software y los servidores en línea obtuvieron los parámetros de corrección automáticamente, si quisiéramos usar otro software podemos descargar estos parámetros a través de la página CDDIS de la NASA como datos de corrección de reloj y orbita precisa.

1835066 (5horas)EsteNorteH elipsoidal
Método Diferencial280770.7368674586.846251.660
1835066 (5horas)EsteNorteH elipsoidalΔEΔNΔH
Método absoluto PPPEZSurv280770.7418674586.887251.561-0.005-0.0410.099
OPUS280770.8048674586.865251.690-0.068-0.019-0.030
IBGE280770.5358674586.657251.5900.2010.1890.070
AUPOS280770.7458674586.881251.649-0.009-0.0350.011

La tabla muestra que EZSurv y AUPOS dieron mejores resultados en coordenada Este, también en Norte al igual que OPUS, en altitud todos dieron diferencias al centímetro.

Aplicaciones en Topografía y Geomática.

El Posicionamiento Puntual Preciso si bien es cierto no está reglamentado por el IGN, proporciona una solución consistente global dentro del Marco Internacional (ITRF), así que lo podemos usar en zonas donde la densidad de la red geodésica sea poca o nula, por ejemplo para georreferenciación de predios rurales en proyectos de saneamiento físico, elaboración de cartografía a escala 1:1000 – 1:5000, levantamiento en altamar, etc.

Enlaces de los servidores en línea

OPUS https://geodesy.noaa.gov/OPUS/

AUSPOS https://gnss.ga.gov.au/auspos

IBGE

https://www.ibge.gov.br/geociencias/informacoes-sobre-posicionamento-geodesico/servicos-para-posicionamento-geodesico/16334-servico-online-para-pos-processamento-de-dados-gnss-ibge-ppp.html?=&t=processar-os-dados

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