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I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE INGENIERIA DE MIANAS GEOLOGIA Y METALURGIA

ESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

GPS

(MONOGRAFIA) Presentada en el curso de Geodesia Aplicada a la Minería

 Juan

HUARAZ - 2013

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Índice PORTADA ................................................................................. ……………….….I DEDICATORIA .................................................................................................. ...II INDICE……………………………………………………………..... ……….....III INTRODUCCION... ………………………………………………………………V CAPITULO I: MARCO TEORICO……………………………….………….……7 1.- CONCEPTOS BÁSICOS DE CARTOGRAFÍA………………………………7

1.1 GPS...………….……………………………...................................12 CAPITULO II: TIPOS DE GPS…………………………………………………….14 2.1. Tipos de receptores GPS………………………………..………………........14 2.2. Control terrestre de los satélites……………………………………………………………….15

CAPITULO III FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO GPS………………………………16 3.1. ¿cómo funciona el GPS?....................................................................16

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3.2. Principio de la trilateración……………………………………………………………17 3.3. Trilateración……………………………………………………….…………………………17

CAPITULO IV EQUIPO RECEPTOR DEL GPS…………………………………………..19 CAPITULO V

NORMAS DE FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO RECEPTOR DEL

GPS……………………………………………………………………………………………………..20 5.1. El equipo receptor del GPS…………………………………………………………..20

CAPITULO VI PARTES DE LA PANTALLA DEL EQUIPOD GPS DE GARMIN DENOMINADO "GPS III PLUS"………………………………………………………….22 CAPITULO VII OTRAS CONSIDERACIONES……………………………………….27 6.1. Protección………………………………………………………………………………..27 6.2. Avisos de fallo e indicaciones del estado del sistema………………..27

CAPITULO VIII APLICACIONES DEL GPS…………………………………….….…29 8.1. Objetivos de la investigación…………………………………………………….29 8.2 Aprendiendo a manejar el GPS 72…………………………………………….29 CONCLUCION…………………………………………………………………………………………………….33 BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………………………………34 ANEXOS……………………………………………………………………………………………………………..35

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INTRODUCCION

En la actualidad existe un sistema de 24 satélites sincronizados (NAVSTAR) que orbitan la Tierra a una altura de unos 20200 Km y con un periodo de rotación de 12 horas, que cubre el 99,9 % de la superficie terrestre. Sabemos que un dispositivo GPS (junto con un ordenador portátil con el software adecuado) necesita conectar con al menos 4 de estos satélites (3 para la posición y 1 para la sincronización) para conocer su posición, sin olvidar que son precisas bases de control por todo el planeta para conocer en cada instante la posición exacta de los satélites con respecto a la Tierra. El estudio de la tierra es algo muy importante para las construcciones, ya que de este depende el éxito de la misma, por eso, la topografía y la geodesia son utilizadas para la realización de obras. En el presente trabajo se dan a conocer puntos relacionados con estos dos temas, como son el significado de dichas ciencias, así como la

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instrumentación utilizada para la realización de los trabajos topográficos en el país. En el desarrollo de este trabajo se le explicará de manera resumida y exacta lo que es la topografía y la geodesia, así como algunos sistemas utilizados en su práctica. También a como utilizar y manejar el GPS.

El alumno

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CAPITULO I

MARCO TEÓRICO

1.- CONCEPTOS BÁSICOS DE CARTOGRAFÍA CARTOGRAFÍA.- Es la ciencia de representar una parte o la totalidad de la tierra por medio de dibujos o mapas, considerando siempre una escala. LÍNEA DEL ECUADOR.- Es una línea imaginaria que divide la tierra en dos partes llamados hemisferios (Norte y Sur). El grado de la línea del Ecuador es 0°. MERIADIANO DE GREENWICH.- Es una línea imaginaria que divide la tierra en dos partes, una para el este (naciente) y la otra para el oeste (poniente). Su valor es 0°

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MERIDIANOS.- Son líneas imaginarias que cortan la línea del Ecuador y pasan por los polos. PARALELOS.- Son líneas imaginarias y paralelas a la línea del Ecuador, que llegan a los polos norte y sur. LATITUD.- Es el arco contado desde el Ecuador al punto donde se encuentra el observador, sus valores están entre 0° y 90°, ya sea norte o sur. LONGITUD.- Es el arco que va de polo a polo y divide la circunferencia de la tierra (el Ecuador). Sus Valores están entre 0° y 180°, ya sea este u oeste. CURVA DE NIVEL.- Es una línea imaginaria que representa la altura a la cual está el suelo con respecto al nivel del mar; que es cero. ALTITUD.- Es la distancia vertical entre un punto situado sobre la superficie terrestre o la atmósfera y el nivel del mar. ALTURA.- Es la distancia vertical entre dos puntos situados en diferentes posiciones. SISTEMAS DE COORDENADAS.- El sistema de coordenadas cartesianas es una manera de identificar la posición de un punto sobre un plano con

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relación a dos rectas perpendiculares llamados ejes. El eje horizontal también se llama eje de x y el eje vertical se llama eje de y. COORDENADA UTM.- Es una unidad cartográfica expresada en metros (Universal Transversal Mercator). Es una forma más exacta de indicar una posición en la tierra. COORDENADA GEOGRÁFICA.- Es una unidad cartográfica expresado en grados, minutos y segundos, usado para definir una posición en la tierra ZONA GEOGRÁFICA.- Es un área determinada para trabajar con coordenadas UTM. Cada zona ocupa 6 grados y Perú se encuentra en tres zonas geográficas: 17, 18 y 19 (hemisferio sur) GPS.- Significa Sistema de Posicionamiento Global por satélite. Es una herramienta para determinar la ubicación de cualquier punto en la tierra mediante coordenadas. SATÉLITE.- Es una nave espacial que da vueltas a la tierra y manda señales a los GPS para determinar su posición cualquiera de la tierra. SISTEMA DE COORDENADAS.- La tierra es como una pelota aplanada en los polos. Se le dibujan unas líneas imaginarias como una red de pescar. Estas líneas imaginarias sirven solo de referencia y para saber la posición o la ubicación en la que estamos sobre la tierra. El sistema de

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coordenadas está formado, por dos ejes en el plano que permiten definir la posición de cualquier punto sobre la superficie terrestre. 1. la Latitud es el arco contado desde el Ecuador al punto donde se encuentra el observador (0- 90°). Hacia el norte o hacia el sur. Es conocido también como el eje Y 2. La Longitud va de polo a polo y divide la circunferencia de la tierra (la línea ecuatorial) en 24 horas (0-180°). Hacia el este u oeste. Conocido también como el eje X.

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ZONA.-

Es un área determinada para trabajar con coordenadas

geográficas ó en coordenadas UTM. Los sistemas de coordenadas geográficas y UTM corta imaginariamente la tierra, dividiéndola en 60 zonas, también se le llama “husos”, numeradas de 1 a 60 a partir del meridiano de Greenwich. Entonces podemos decir que la tierra esta dividida en 60 zonas. Cada zona está dividida en 20 bandas (C, D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, S, T, U, V, W, X) _ Las bandas C a M están en el hemisferio sur _ Las bandas N a X están en el hemisferio norte.

El Perú se encuentra en tres zonas: 17, 18 y 19 (hemisferio sur)

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1.1 GPS: El Sistema de Posicionamiento Global GPS (siglas en inglés de Global Positioning System), es un método de posicionamiento y navegación basada en las señales transmitidas por la constelación de satélites NAVSTAR (siglas en inglés de Navigation Satellite Timing And Ranging), que son recibidas por receptores portátiles en Tierra. Las señales múltiples que se reciben simultáneamente provenientes de las sucesivas posiciones de los satélites, se utilizan para resolver las ambigüedades y permitir con esto, la determinación de la posición tridimensional del punto por conocer. El GPS fue desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos con el objetivo de mejorar la exactitud para la navegación terrestre, marina y aérea, para de esta manera proveer posicionamiento geográfico preciso en cualquier parte del mundo a usuarios en Tierra por medio del uso de receptores portátiles. De esta manera, el 22 de febrero de 1978 se puso en órbita el primero de los satélites NAVSTAR, fecha que marcó un nuevo hito en la historia de la Navegación y Geodesia en todo el mundo. El proyecto GPS determinó en un principio el lanzamiento de un grupo de 10 satélites o bloque experimental, que tuvo como objetivo determinar la efectividad

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del sistema. Después de estos trabajos de investigación, se puso en marcha el bloque operativo, que el 26 de junio de 1993 colocó en órbita el satélite número 24, con lo cual quedó completa la constelación que permite un cubrimiento espacial de 24 horas en cualquier parte del mundo. Actualmente la precisión de un levantamiento GPS está cifrada en el rango de los 3-10 metros en tiempo real, esto es en el momento de la observación.

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CAPITULO II TIPOS DE GPS

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PUEDEN SER SEGÚN EL TAMAÑO 2.1 TIPOS DE RECEPTORES GPS

Los receptores GPS detectan, decodifican y procesan las señales que reciben de los satélites para determinar el punto donde se encuentran situados y son de dos tipos: portátiles y fijos. Los portátiles pueden ser tan pequeños como algunos teléfonos celulares o móviles. Los fijos son los que se instalan en automóviles o coches, embarcaciones, aviones, trenes, submarinos o cualquier otro tipo de vehículo. 

SEGÚN LAS MAPAS Y APLICACIONES 

NAVEGADORES GPS. Estos son mas para fines recreativos y aplicaciones que no requieren gran precisión, consta de un dispositivo que cabe en la palma de la

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mano, tienen la antena integrada, su precisión puede ser de ±15 mts, pero si incorpora el sistema WAAS puede ser de ±5 mts.



GPS TOPOGRÁFICOS Estos equipos tienen precisiones desde varios milímetros hasta menos de medio metro. Existen GPS de una banda (L1) y de dos bandas (L1, L2), la diferencia es que para los GPS de una banda se garantiza la precisión milimétrica para distancias menores a 40km entre antenas, en los GPS de dos bandas es de hasta 300km, si bien se pueden realizar mediciones a distancias mayores, ya no se garantiza la precisión de las lecturas.

2.2 CONTROL TERRESTRE DE LOS SATÉLITES El monitoreo y control de los satélites que conforman el sistema GPS se ejerce desde 5 estaciones terrenas que observan y mantienen los satélites en su orbita y se encuentran repartidos en el mundo, estas rastrean su trayectoria orbital e introducen las correcciones necesarias a las señales de radio que transmiten hacia la Tierra. Esas correcciones benefician la exactitud del funcionamiento del sistema, como por ejemplo las que corrigen las distorsiones que provoca la ionosfera en la recepción de las señales y los ligeros cambios que introducen en las órbitas la atracción de la luna y el sol.

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CAPITULO III FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO GPS

3.1. ¿CÓMO FUNCIONA EL GPS? Saber que una señal electromagnética viaja a la velocidad de la luz (C = 300,000 km/s) en el vacío es la clave para comprender el funcionamiento del GPS. Determinando cuánto tiempo toma a la señal viajar desde el satélite al receptor, puede calcularse la distancia (d) que existe entre ambos. La posición del receptor en un sistema cartesiano X,Y podría calcularse por intersección cuando se tengan calculadas las distancias precisas hacia por lo menos tres satélites de posición conocida. En realidad el posicionamiento GPS no es tan sencillo, pero el planteamiento anterior anticipa la base teórica del sistema.

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Deja que los satélites te lleven a tu destino El funcionamiento se basa en un receptor que, a través de las señales que recibe de varios satélites fija tu posición sobre un mapa residente en el receptor. 3.2. PRINCIPIO DE LA TRILATERACIÓN Para ubicar la posición exacta donde nos encontramos situados, el receptor GPS tiene que localizar por lo menos 3 satélites que le sirvan de puntos de referencia. En realidad eso no constituye ningún problema porque normalmente siempre hay 8 satélites dentro del “campo visual” de cualquier receptor GPS. Para determinar el lugar exacto de la órbita donde deben encontrarse los satélites en un momento dado, el receptor tiene en su memoria un almanaque electrónico que contiene esos datos. 3.3. TRILATERACIÓN Para comprender cómo funciona el sistema de satélites para GPS, es de suma importancia comprender el concepto de trilateración. Veamos un ejemplo sobre cómo funciona la trilateración.

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Digamos que usted está en algún lugar en los Estados Unidos y que usted está TOTALMENTE perdido, no tiene ninguna idea sobre dónde está. Usted se encuentra con una persona amigable a la cual pregunta, “¿Dónde estoy?” y la persona le dice, “usted está a 625 millas de Boise, Idaho.” Esta información no es de mucha ayuda para usted. Usted podría estar en cualquier punto de un círculo imaginario alrededor de Boise que tenga un radio de 625 millas, como esto: Usted sabe que está a 625 millas de Boise, usted podría estar en cualquier punto del círculo. Como se muestra en la figura 1 supra. Usted decide preguntarle a otra persona, y le responden, “Usted está a 690 millas de Minneápolis, Minnesota”. Esto es de mayor ayuda — si combina está información con la información de Boise, usted tiene dos círculos que se intersectan. Ahora usted sabe que está en uno de dos posibles puntos, pero usted no sabe en cuál de los dos, como esto: Si usted sabe que está a 625 milla de Boise y a 690 millas de Minneápolis, entonces usted sabe que está entre dos posibles puntos interceptados,como se muestra en la figura 2 al comienzo. Si una tercera persona le dice que usted está a 615 millas de Tucson, Arizona, usted puede determinar en cuál de los puntos usted está: Con tres puntos conocidos, usted puede determinar que su posición exacta es en algún lugar cerca de Denver, Colorado. Con los tres puntos conocidos, usted puede ver que está cerca de Denver, Colorado, como se en la figura 3 y 4.

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CAPITULO IV EQUIPO RECEPTOR DEL GPS

Según Resolución A.819 (19). 4.1 La expresión “equipo receptor del GPS”, utilizada en las presentes normas de funcionamiento, abarca todos los elementos y unidades necesarios para que el sistema pueda desempeñar adecuadamente las funciones previstas. El equipo incluirá como mínimo los siguientes elementos: .1 antena capaz de recibir señales del GPS; .2 receptor y procesador del GPS; .3 medios de obtención de la latitud y longitud de la situación calculada; .4 control de los datos e interfaz; y .5 presentación visual de la situación y, si es necesario, otras formas de salida.

4.2 La antena estará proyectada de manera que se pueda instalar en un lugar del buque que garantice una clara visión de la constelación de satélites.

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CAPITULO V NORMAS DE FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO RECEPTOR DEL GPS 5.1. El equipo receptor del GPS: 1. podrá recibir y procesar las señales del Servicio normalizado de determinación de la situación (SNP) modificadas por disponibilidad selectiva (DS) y dar información sobre la situación en coordenadas de latitud y longitud del Sistema geodésico mundial (WGS) 84, en grados, minutos y milésimas de minuto, así como la hora en que se calculó con referencia al UTC. Se pueden prever medios para transformar la situación calculada con respecto al WGS 84 en datos compatibles con el dátum de la carta náutica utilizada. Cuando exista esta posibilidad, la pantalla indicará claramente que se está efectuando la conversión de

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coordenadas y el sistema de coordenadas en que se expresa la situación; 2. funcionará con la señal L1 y con el código A/C; 3. una salida como mínimo para transmitir información sobre la situación a otro equipo. La salida de información sobre la situación con respecto al WGS 84 se ajustará a lo indicado en la publicación CEI 1162; 4. tendrá una precisión estática tal que la situación de la antena se determine con un error inferior a 100 m (95%) con una dilución horizontal de la situación (DHS) =< dps ="