Sistema de Posicionamiento Globa1

5/22/2018 Sistema de Posicionamiento Globa1

1/15

SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO GLOBAL

El Sistema GPS (Sistema de Posicionamiento Global) fue creado por el Departamento deDefensa de los Constelacin de Satlites Navstar Estados Unidos (DD) para constituir un sistemade navegacin preciso con fines militares.

Un GPS, es uno de los instrumentos ms tiles que ha podido idear el hombre. Sin dudagracias a este instrumento se han dado grandes avances en la ciencia, aunque tambin ha sidomal usado como por ejemplo para fines blicos.

Lo ms importante es que en la actualidad se le est dando buen uso y cada vez se vahaciendo ms importante y conocido; sobre todo para las personas que desempean comoIngenieros, tiene gran importancia para saber el posicionamiento de un determinado punto en lasuperficie terrestre.

I. COORDENADAS GEOGRFICASEn relacin con la red geogrfica que forman los paralelos y meridianos se definen lascoordenadas geogrficas que permiten ubicar con precisin la ubicacin de un punto

cualquiera de la superficie terrestre. Estas dos coordenadas se miden como las distanciadesde el punto en cuestin hasta las lneas de base del sistema y reciben el nombre de:

- Latitud: su lnea de base es el Ecuador.- Longitud: su lnea de base es el Meridiano de Greenwich.

Estas coordenadas se expresan en grados sexagesimales:

- Para los paralelos, sabiendo que la circunferencia que corresponde al Ecuadormide 40.076 km, 1 equivale a 113.3 km.

- Para los meridianos, sabiendo que junto con sus correspondientes antimeridianosse forman circunferencias de 40.007 km de longitud, 1 equivale a 111,11 km.


2/15

1. LatitudLa latitud es la distancia que existe entre un punto cualquiera y el Ecuador, medidasobre el meridiano que pasa por dicho punto.

- Se expresa en grados sexagesimales.- Todos los puntos ubicados sobre el mismo paralelo tienen la misma latitud.- Aquellos que se encuentran al norte del Ecuador reciben la denominacin Norte

(N).- Aquellos que se encuentran al sur del Ecuador reciben la denominacin Sur (S).- Se mide de 0 a 90.- Al Ecuador le corresponde la latitud de 0.- Los polos Norte y Sur tienen latitud 90 N y 90 S respectivamente

2. LongitudLa longitud es la distancia que existe entre un punto cualquiera y el Meridiano deGreenwich, medida sobre el paralelo que pasa por dicho punto.

- Se expresa en grados sexagesimales.- Todos los puntos ubicados sobre el mismo meridiano tienen la misma longitud.- Aquellos que se encuentran al oriente del meridiano de Greenwich reciben la

denominacin Este (E).- Aquellos que se encuentran al occidente del meridiano de Greenwich reciben la

denominacin Oeste (O).- Se mide de 0 a 180.- Al meridiano de Greenwich le corresponde la longitud de 0.- El antimeridiano correspondiente est ubicado a 180.- Los polos Norte y Sur no tienen longitud


3/15

II. SISTEMA DE COORDENADAS UNIVERSAL TRANSVERSAL DEMERCATOR (UTM)

I. Caractersticas de las zonas UTM- Aqu tenemos una representacin de las 60 zonas UTM de la Tierra. Dibujo

realizado por Peter H. Dana, de la Universidad de Texas. Es importante destacaraqu que a las zonas, tambin se les llama husos. Por lo que podemos decir que laTierra est dividida en 60 husos, y podemos hablar del huso 30, del huso 31, etc.

- Cada zona UTM est dividida en 20 bandas (desde la C hasta la X) Las bandas C a M estn en el hemisferio sur Las bandas N a X estn en el hemisferio norte.

- Una regla til es acordarse de que cualquier banda que est por encima de N (denorte) est en el hemisferio norte.


4/15

- Las primeras 19 bandas (C a W) estn separadas o tienen una altura de 8 cada una.La banda 20 o X tiene una altura de 12

II.

Descripcin de las coordenadas UTM

Por definicin, cada zona UTM tiene como bordes o tiene como lmites dosmeridianos separados 6.

Esto crea una relacin entre las coordenadas geodsicas angulares tradicionales(longitud y latitud medida en grados) y las rectangulares UTM (medidas en metros) y

permite el diseo de frmulas de conversin entre estos dos tipos de coordenadas.La lnea central de una zona UTM siempre se hace coincidir con un meridiano delsistema geodsico tradicional, al que se llama MERIDIANO CENTRAL. Este

meridiano central define el origen de la zona UTM.

La altura de una zona UTM es 20 veces la distancia cubierta por la escala horizontal.

Por tanto, los lmites este-oeste de una zona UTM est comprendida en una regin queest 3 al Oeste y 3 al Este de este meridiano central. Los meridianos centrales estntambin separados por 6 de longitud.

Los lmites Norte-Sur de una zona UTM es aquella comprendida entre la latitud 84 N,y la latitud 80 S. El resto de las zonas de la Tierra (las zonas polares) estn abarcadas

por las coordenadas UPS (Universal Polar Stereographic).


5/15

Cuando se considera la orientacin norte-sur, una lnea de una zona UTM coincide conlos meridianos de las coordenadas angulares SLO en el meridiano central.

En el resto de la zona no coinciden las lneas de la zona UTM (el grid) con losmeridianos. Estas diferencias se acentan en los extremos derecho e izquierdo de lazona UTM, y se hacen mayores conforme nos alejamos del meridiano central.

Por esta razn, en una zona UTM, la NICA lnea (de grid) que seala al verdaderonorte es aquella que coincide con el meridiano central. Las dems lneas de grid endireccin norte-sur se desvan de la direccin del polo norte verdadero. El valor deesta desviacin la llaman CONVERGENCIA DE CUADRCULA. Los mapastopogrficos de cierta calidad suelen incluir esta informacin referencindola con elcentro del mapa. La declinacin en el hemisferio norte es Oeste cuando el valor deEasting es inferior a 500.000 metros, y es Este cuando es mayor de 500.000 metros.Ver el esquema de arriba para verlo mejor.

Puesto que un sistema de coordenadas rectangulares como el sistema UTM no escapaz de representar una superficie curva, existe cierta distorsin. Considerando las 60zonas UTM por separado, esta distorsin es inferior al 0,04%.

Cuando se considera la orientacin este-oeste, sucede un fenmeno parecido. Unalnea UTM coincide con una sola lnea de latitud: la correspondiente al ecuador. Laslneas de grid de la zona UTM se curvan hacia abajo conforme nos movemos al nortey nos alejamos del meridiano central, Y NO coinciden con las lneas de los

paralelos. Esto se debe a que las lneas de latitud son paralelas al ecuador en unasuperficie curva, pero las lneas horizontales UTM son paralelas al ecuador en unasuperficie plana.

Una zona UTM siempre comprende una regin cuya distancia horizontal al Este(Easting) es siempre inferior a 1.000.000 metros (de hecho, la "anchura" mxima deuna zona UTM tiene lugar en el ecuador y corresponde aproximadamente a 668 km,

ver adelante). Por eso siempre se usa un valor de Easting de no ms de 6 dgitoscuando se expresa en metros.

Para cada hemisferio, una zona UTM siempre comprende una regin cuya distanciavertical (Northing) es inferior a 10.000.000 metros (realmente algo ms de 9.329.000metros en la latitud 84 N). Por eso siempre se usa un valor de Northing de no ms de7 dgitos cuando se expresa en metros.

Por esta razn siempre se usa un dgito ms para expresar la diastancia al norte(Northing) que la distancia al este (Easting).

Por convenio, se conidera EL ORIGEN de una zona UTM al punto donde donde secruzan el meridiano central de la zona con el ecuador. A este origen se le define:

- con un valor de 500 km ESTE, y 0 km norte cuando consideramos el hemisferionorte.


6/15

- con un valor de 500 km ESTE y 10.000 km norte cuando consideramosel hemisferio sur.

OJO. Eso significa que los extremos izquierdos y derecho de la zona UTM no

corresponden nunca a las distancias 0 y 1000 km, respectivamente. Eso es asi porque

la zona UTM nunca tiene un ancho de 10.000 km. Recordar que 6 de longitud

equivalen a una distancia aproximada de 668 km en el ecuador, y se hace menor

conforme aumenta la latitud hacia ambos polos, porque la Tierra es casi una esfera.

Al dar al origen (puntos medios de la zona) un valor de 500 km, decimos que estamosdando un FALSO ORIGEN, y adems, UN FALSO EASTING y un FALSO

NORTHING. Se pretende de esta forma que nunca se usen valores negativos.

La zona UTM 30 tiene como lmites los paralelos 6 W (en el extremo izquierdo) y 0(meridiano de Greenwhich, en el extremo derecho).

- Esto significa que en la parte central de la zona 30 tiene que estar pordefinicin el meridiano central 3 W. Tambin por definicin decimos que suscoordenadas UTM deben ser, en el ecuador, UTM 30N 500000, 0 (recuerda, enel ecuador, el valor del norte es 0 (cero).

- La esquina izquierda de la zona UTM 30 en el ecuador debe ser por tantoreferida como zona UTM (166008, 0).

- Por las mismas razones, la esquina derecha de la zona UTM 30, tiene lascoordenadas 0E; 0N, y debe coincidir con las coordenadas UTM (833992, 0).Esto tambin significa que 6 en el ecuador, la anchura mxima de una zonaUTM es de 667988 metros.

- Entonces, Qu significara que alguien te diera un valor de este (Easting) deUTM 30 120000 0? En el ecuador, este lmite de 120.000 metros de Eastingest por debajo de los 166.008 metros del extremo izquierdo de la zona UTM30. Esto significa, ni ms ni menos, que en realidad estamos hablando de unas

coordenadas comprendidas en la zona UTM 29, y no en la zona 30. Seraexactamente la coordenada UTM 29N 788000 0.


7/15

Por qu he hecho tanto nfasis en sealar "el ecuador" en estas discusiones?

- La razn est en que las bandas UTM NO TIENEN LA MISMA ANCHURAy, por ende, la misma rea. La anchura de una zona UTM es mxima en elecuador, pero va disminuyendo conforme nos vamos acercando a los polos enambos hemisferios por igual. No puede ser de otra forma, ya que la Tierra es

(casi) una esfera, donde las distancias de los meridianos se estrechan cuandonos acercamos a los polos (de hecho, en los polos, el valor de longitud de losmeridianos es cero).

- Por ejemplo:Estas dos imgenes estn capturadas de OZIExplorer, y sealan los mismoswaypoints en dos formatos diferentes. Arriba en latitud y longitud. Hemosdefinido los bordes izquierdo y derecho, as como el meridiano central. Abajo

vemos las mismas coordenadas en UTM. Fijarse en los lmites de la zona UTM(166008, 833991) en el ecuador, cuando los valores de norte (Northing) es 0 yla latitud es 0. Hablamos que la anchura de la zona UTM 30 en el ecuador esde 833.991-166.008= 667.983 metros.

Estas vuelven a ser imgenes capturadas de OZI Explorer tomadas de nuevo enlos lmites izquierdo y derecho de la misma zona UTM 30 (ver los valores delongitud) cuando la latitud es de 36. Esta vez, los lmites izquierdos y derechode la zona UTM30 corresponden a 229.567 y 770.432 m, respectivamente. Laanchura de la zona UTM 30 en la banda S (en Andaluca) es de 540.865

metros.


8/15

En la latitud 80 (casi en el lmite de la zona), la anchura de la zona UTM 30 esde slo 558.135 - 441865 = 116.270 metros. Insisto a que esto es debido a queel meridiano en esta regin es de mucha menor longitud que en el ecuador.

III. Las Coordenadas UTM no corresponden a un punto sino a un cuadradoSiempre tendemos a pensar que el valor de una coordenada UTM corresponde a un puntodeterminado o a una situacin geogrfica discreta.

Esto no es verdad. Una coordenada UTM siempre corresponde a un rea cuadrada cuyolado depende del grado de resolucin de la coordenada.

Cualquier punto comprendido dentro de este cuadrado (a esa resolucin en particular)tiene el mismo valor de coordenada UTM.

El valor de referencia definido por la coordenada UTM no est localizado en el centro delcuadrado, sino en la esquina inferior IZQUIERDA de dicho cuadrado.


9/15

UNA ZONA UTM, SIEMPRE SE LEE DE IZQUIERDA A DERECHA (para dar elvalor del Easting), Y DE ARRIBA A ABAJO (para dar el valor del Northing). Estoquiere decir:

- Que el valor del Easting corresponde a la distancia hacia el Este desde la esquinainferior izquierda de la cuadrcula UTM.

- Que el valor de Northing siempre es la distancia hacia el norte al Ecuador (en elhemisferio norte).

Mientras mayor sea el nmero de dgitos que usemos en las coordenadas, menor sea elrea representada.

Normalmente, el rea que registran los GPS coincide con el valor de un metrocuadrado, ya que usan 6 dgitos para el valor de Easting y 7 dgitos para el Northing.

Aqu tenemos un ejemplo de una coordenada tipo UTM con una baja resolucin(comprende un cuadrado con 1000 metros de lado). El primer valor (30S) nos indicala zona y la banda en la que estamos. Como tiene una letra superior a M, nos indica queestamos hablando de una zona en el hemisferio norte. La banda La mejor forma de sabercul es nuestra zona es mirndola en un mapa que tenga representada la cuadrcula decoordenada UTM.

Los siguientes dgitos corresponden a las coordenadas en s. La distancia del Eastingsiempre ocupa un dgito menos que el de Northing. Como esta coordenada tiene 7

dgitos, el Easting ocupa los 3 primero valores, y el Northing los 4 ltimos.

Por definicin, el valor de Easting del punto central (que coincide con el meridianocentral) de la retcula UTM es siempre de 500 km. Cualquier punto a la izquierda de stemeridiano central tendr un valor inferior a 500, como es este caso (345). Cualquier

punto situado a la derecha del meridiano central tendr un valor superior a 500. Por tanto,estamos alejados a 155 km (500-345) del meridiano central. Tambin podemos decir queestamos alejados 345 km hacia el Este desde el margen izquierdo de la zona UTM.

Los 4 ltimos dgitos nos indican que estamos alejados 4196 km al norte del ecuador.Recordar que esta coordenada seala un cuadrado de 1.000 km2.


10/15

En esta tabla tenemos descritas la misma coordenada UTM con diferentes resoluciones,que oscilan desde reas cuadradas que slo tienen 1 metro de lado hasta aquella que tiene100.000 metros.

No hay lmite de resolucin en una coordenada UTM. Se pueden definir reascuyos lados sean centmetros, milmetros, etc.


11/15

IV. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBALPara llevar a cabo levantamientos de alta precisin geodsico-topogrficos es necesarioutilizar equipos de medicin de la tecnologa ms avanzada, tales como el GPS (Sistemade Posicionamiento Global), con l es posible determinar las coordenadas que permiten

ubicar puntos sobre la superficie de la Tierra.

El GPS es un sistema de posicionamiento por satlites desarrollado por el Departamentode la Defensa de los E.U., diseado para apoyar los requerimientos de navegacin y

posicionamiento precisos con fines militares. En la actualidad es una herramientaimportante para aplicaciones de navegacin, posicionamientos de puntos en tierra, mar yaire.

El GPS est integrado por tres segmentos o componentes de un sistema, que acontinuacin se describen:

1. Segmento espacialEl Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es una constelacin de satlites denavegacin que orbitan la Tierra a una altitud de cerca de 12.000 millas (20.000kilmetros). A esta altitud, los satlites completan dos rbitas en un poco menos deun da. Aunque originalmente diseado por el Departamento de Defensa de EE.UU.

para aplicaciones militares, su gobierno federal hizo el sistema disponible para usosciviles y levant las medidas de seguridad diseadas para restringir la precisin hasta10 metros.

La constelacin ptima consiste en 21 satlites operativos con 3 de "repuesto". Apartir de julio de 2006, haba 29 satlites operacionales de la constelacin.

Seales GPS

Los satlites del GPS transmiten dos seales de radio de baja potencia, llamadas "L1"y "L2". Cada seal GPS contiene tres componentes de informacin: un cdigo

pseudoaleatorio, los datos de efemrides de satlite y datos de almanaque. El cdigopseudoaleatorio identifica al satlite que transmite su seal. Los datos de efemridesde satlite proporcionan informacin sobre la ubicacin del satlite en cualquiermomento. El almanaque contiene informacin sobre el estado del satlite y la fecha yhora actuales. Para cada satlite, el tiempo es controlado por los relojes atmicos a

bordo que son cruciales para conocer su posicin exacta.

Determinacin de Posiciones del GPS:

Las posiciones se obtienen mediante la determinacin de las distancias a los satlitesvisibles. Este proceso se conoce como "trilateracin". El momento de la transmisin

de la seal en el satlite se compara con el momento de la recepcin en el receptor.La diferencia de estos dos tiempos nos dice cunto tiempo tom para que la sealviajara desde el satlite al receptor. Si se multiplica el tiempo de viaje por lavelocidad de la luz, podemos obtener el rango, o de distancia, con el satlite. La


12/15

repeticin del proceso desde tres satlites permite determinar una posicin de dosdimensiones en la Tierra (es decir, la longitud y latitud). Un cuarto satlite esnecesario para determinar la tercera dimensin, es decir la altura. Cuantos mssatlites son visibles, ms precisa es la posicin del punto a determinar. Las rbitas delos satlites GPS estn inclinadas respecto al ecuador de la Tierra en alrededor de 55.La distribucin espacial de la constelacin de satlites permite al usuario disponer de

5 a 8 satlites visibles en cualquier momento. El sistema est diseado para asegurarque al menos cuatro satlites estarn visibles con una recepcin configurada de laseal de 15 sobre el horizonte en un momento dado, en cualquier parte del mundo.

Aunque el GPS puede dar posiciones muy precisas, an hay fuentes de error. Estosincluyen los errores del reloj, los retrasos atmosfricos, sin saber exactamente dndeestn los satlites en sus rbitas, las seales que se refleja de los objetos en lasuperficie de la Tierra, e incluso la degradacin intencionada de la seal del satlite.

Satlite GPS de constelacin NAVSTAR

2. Segmento de controlEs una serie de estaciones de rastreo, distribuidas en la superficie terrestre quecontinuamente monitorea a cada satlite analizando las seales emitidas por estos y a

su vez, actualiza los datos de los elementos y mensajes de navegacin, as como lascorrecciones de reloj de los satlites.

Las estaciones se ubican estratgicamente cercanas al plano ecuatorial y en todas secuenta con receptores con relojes de muy alta precisin.


13/15

Posicin de las estaciones de seguimiento y la estacin principal de control(Earthmap: NASA; http://visibleearth.nasa.gov/ )

3. Segmento usuario

Lo integran los receptores GPS que registran la seal emitida por los satlites para elclculo de su posicin tomando como base la velocidad de la luz y el tiempo de viaje

de la seal, as se obtienen las pseudodistancias entre cada satlite y el receptor en untiempo determinado, observando al menos cuatro satlites en tiempo comn; elreceptor calcula las coordenadas X, Y, Z y el tiempo.


14/15

V. DATUMUn sistema geodsico local queda definido por la eleccin de un elipsoide de referencia y

por un punto origen (Dtum) donde se establece su ubicacin en relacin con la formafsica de la tierra (geoide).

Concretamente, el punto DATUM es aqul en el que se hace coincidir la vertical dellugar con la normal al elipsoide (desviacin de la vertical nula) y generalmente seestablece la condicin de tangencia entre el elipsoide y el geoide.

Cada Dtum esta compuesto por un elipsoide y por un punto llamado "Fundamental" enel que el elipsoide y la tierra son tangentes. De este punto se han de especificar longitud,latitud y el acimut de una direccin desde l establecida.

Se pueden diferenciar dos tipos de Dtum:

- Locales: son los que se utilizan para hacer corresponder el geoide con el elipsoide endeterminada localizacin geogrfica.

- Geocntricos y coincidentes con el centro de masa de la Tierra. El WGS 1984, esampliamente usado y sirve para mediciones en el mbito mundial. La definicin delmismo parte de las mediciones realizadas por los satlites en los ltimos aos.


15/15

1. Sistema WGS 84El WGS84 es un sistema de coordenadas geogrficas mundial que permitelocalizar cualquier punto de la Tierra (sin necesitar otro de referencia) por mediode tres unidades dadas. WGS84 son las siglas en ingls

de World Geodetic System 84 (que significa Sistema Geodsico Mundial 1984).

Se trata de un estndar en geodesia, cartografa, y navegacin, que data de 1984.Tuvo varias revisiones (la ltima en 2004), y se considera vlido hasta una

prxima reunin (an no definida en la pgina web oficial de la Agencia deInteligencia Geoespacial). Se estima un error de clculo menor a 2 cm. por lo quees en la que se basa el Sistema de Posicionamiento Global (GPS).

Consiste en un patrn matemtico de tres dimensiones que representa la tierra pormedio de un elipsoide, un cuerpo geomtrico ms regular que la Tierra, que se

denomina WGS 84 (ntese el espacio). El estudio de este y otros modelos quebuscan representar la Tierra se llama Geodesia.

2. Sistema PSAD 56El PSAD56 es un sistema local, bidimensional, donde las alturas son referidas a

partir de nivelaciones sobre el nivel medio del mar, conocidas como alturas ortomtricas, y corresponden a la distancia vertical, medida a lo largo de la lnea de

plomada, existente entre un punto ubicado en la superficie terrestre y el geoide.Este se define como la superficie equipotencial que coincide con la superficie delos ocanos y representa la prolongacin del mar sobre los continentes.- COORDENADAS UTM EN WGS84 y EN PSAD56

PSAD56 - WGS84Dx = -188.23Dy = -373.20

VI. BIBLIOGRAFIAhttp://www.elgps.com/documentos/utm/coordenadas_utm.htmlhttp://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/geodesia/gps.aspx

Vrtice WGS84 PSAD56

A 8250327.5998 N 390813.5633 E 8250700.7710 391001.7925

B 8250337.4407 N 390878.3718 E 8250710.6121 391066.6010

C 8250283.7081 N 390887.8550 E 8250656.8790 391076.0842

D 8250283.7182 N 390889.9375 E 8250656.8891 391078.1666
http://www.elgps.com/documentos/utm/coordenadas_utm.htmlhttp://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/geodesia/gps.aspxhttp://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/geodesia/gps.aspxhttp://www.elgps.com/documentos/utm/coordenadas_utm.html

Documents

Sistema de Posicionamiento Globa1