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INSTITUTO EDUCATIVO STEVE JOBS TRABAJO DE TOPOGRAFIA GPS DIFERENCIAL TOPOGRAFIA GEODESIA SATELITAL DE LEICA VIVA GS 15/CS10 TRABAJO PRESENTADO POR: DULIO HERMOSA QUISPE

FECHA:

28– 07 – 2019

AREQUIPA – PERU DULIO HERMOSA Q.

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DEFINICION DE GEODESIA Geo

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Desia -

tierra el estudio de la tierra

Geodesia es la ciencia de la medición y representación de la superficie de la tierra y/o Es la ciencia que estudia la forma y dimensiones de la superficie de la tierra

¿COMO ES LA TIERRA?

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Es una superficie equipotencial gravitatoria, que coincide con el nivel del medio del mar, es decir es el mejor se adapta al nivel medio del mar. Es la forma física real de la tierra. Descrita por un número infinito de parámetros. Puede ser medida por instrumentos, pero no puede ser escrita fácilmente mediante una representación matemática.

Geoide

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EL ELIPSOIDE Es una superficie curva cerrada formado a partir de una elipse rotada en torno de su semieje menor. Definido por: -semi eje mayor (a) -Semi eje menor (b) - achatamiento (f) (a-b) /a -

No es una superficie física, es una superficie definida matemáticamente, por ende, tiene fórmulas que se pueden representar fácilmente mediante matemáticas. El elipsoide es la figura matemáticamente que más se aproxima al geoide.

b

a

PUNTO DATUM Llamado también punto fundamental o punto origen. Es aquel punto donde se hace coincidir el vertical geoide con la normal al elipsoide (deviación de la vertical igual cero)

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SISTEMA DE REFERENCIA La posición de un punto puede que dar definido dependiendo del tipo de sistema elegido, asi como los objetivos que se persigue, en tal sentido distinguiremos dos sistemas genéricos. 1- Sistema de referencia terrestre: Se considera fijo a la tierra y se utiliza para determinar las coordenadas de puntos sobre la superficie terrestre o sus proximidades, tal como los satélites artificiales que distan en promedio 20000 km 2- Sistema de referencia especial: Tal como su nombre lo indica, se encuentra fijo al espacio, lo cual lo convierte en un sistema inercia (libre de aceleración) donde los cálculos Newtonianos son totalmente permitidos, este sistema es el apropiado para analizar los movimientos de cuerpos externos a la tierra, tales como los planetas, estrellas, etc. Sistema de referencia terrestre -

Elipsoide de referencia Un punto datum.

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Generalmente el elipsoide elegido se adapta muy bien al geoide en las inmediaciones del punto datum, pero a medida que nos alejamos, su adaptación se desvanece

PRINCIPIOS BASICOS DE GPS

Ventajas y desventajas básicos de equipos de topografía clásica y equipos de topografía con GPS

Levantamientos en topografía clásica: -

Pueden realizarse en interiores y exteriores Línea visual (5km típico) Condiciones meteorológicas (lluvia, niebla etc.)

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Página 6 Levantamientos con GPS -

Independientes del clima No requieren línea de vista Dan resultados geodésicos Sistema de coordenadas común Necesitan visibilidad a satélites: no se pueden levantar en lugares cerrados como túneles etc.

QUE ES UN GPS 

Un GPS es un receptor de señales de radio frecuencia, que nos da la posición actual, en base a mediciones de distancias a 3 a más puntos de referencia de coordenadas conocidas.

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En el caso de GPS se usan satélites artificiales que giran alrededor de la tierra como puntos de coordenadas conocidas. La precisión en la determinación de las coordenadas depende de:

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Tipo de GPS Método de medición usado 

La precisión puede estar entre algunos mm y decenas de metros

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Página 7 Características generales  

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Desarrollado por el departamento de defensa de los estados unidos Proporciona: Navegación precisa: 10 a 20 m Cobertura mundial Acceso las 24 horas Sistema común de coordenadas Diseñado para reemplazar a los sistemas de navegación actuales. Accesible para uso civil y militar.

COMPONENTES DEL SISTEMA GPS SEGMENTO ESPACIAL 29 satélites 4 satélites en 8 planos orbitales inclinados en 55° 20,200 km desde la tierra Duración de la órbita: 12 horas Viabilidad: 4-5 horas

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o

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Estado de los satélites

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Página 9 SEGMENTO DE USUARIO

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Es el segmento más visible Los receptores GPS están en todas partes y para diversas aplicaciones como: Navegación Topografía Ingeniería

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PRINCIPIOS DEL GPS: DISTANCIA

Distancia= Velocidad de la luz x tiempo

Xll

Vl DULIO HERMOSA Q.

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Posición del punto

la intersección de 3 esferas da como solución la posición del punto (longitud, latitud y altura)

R3

R1 R2

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Página 12 ALGUNAS CONSIDERACIONES  Los satélites son puntos de coordenadas conocidas (control)  Las distancias son medidas usando códigos dependientes del tiempo.  Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz. Distancia = velocidad x tiempo - Considerando un error en el reloj del receptor:  1/10 de segundo = 30,000 km error  1/1,000,000 de segundo = 300 m error

POSICIONAMIENTO El posicionamiento del equipo de GPS se detalla de acuerdo al gráfico, Con 4 medidas de distancia se puede tener una ecuación adicional y calcular el error debido al reloj del receptor

POSICION DEL PUNTO Entonces la posición del punto se determina usando al menos cuatro satélites y UNA BUENA GEOMETRIA.

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ESTRUCTURA DE LAS SEÑALES GPS -

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Cada satélite GPS transmite un conjunto de señales La señal comprende dos portadoras L1 Y L2, dos códigos (C/A en L1 Y P0 y en L1 Y L2), A si como mensajes sobre la órbita de los satélites. FUENTES DE ERROR Las fuentes de error detallamos de la siguiente manera: Relojes de los satélites Imprecisiones de las orbitas La posición de los satélites es muy importante en el cálculo. Las orbitas pueden variar ligeramente de los valores calculados. Errores por retardo en la ionosfera, atmosfera etc.

19950 Km

Ionosphere 200 Km

50 Km

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Troposphere

Página 14 COMO SE PUEDE MEJORAR LA PRECISION USANDO GPS DIFERENCIAL  Actualmente el uso de los receptores GPS está totalmente implantado en las labores de replanteo y toma de datos en topografía, GIS Y cartografía.  Si nuestro trabajo necesita una precisión mejor de 5metros es condición imprescindible utilizar el método diferencial  Este método requiere un receptor GPS sobre un punto conocido (base) y uno sobre el punto a determinar (móvil)

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GPS DIFERENCIAL Es posible determinar la posición del equipo móvil “B” en relación a la referencia proporcionada por la base “A” . las coordenadas de A son conocidas . base y móvil observan simultáneamente los mismos satélites. El método diferencial elimina los errores antes indicados, minimiza los retardos y da precisiones entre 5mm y 2m

A

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B

Página 15 Estación de referencia Ubicada sobre un punto conocido Seguimiento de satélites visibles Guarda las observaciones para ser usadas como corrección de las mediciones del móvil.  Móvil - guarda las observaciones.  La base y el móvil deben observar los mismos satélites (4 o más) en forma simultánea.  -

MEDICIONES DE CODIGO Y FASE -

Si se usa solo código la precisión típica es de 0.3m La distancia de base a móvil puede ser 400km El tiempo de observación 30-45 segundos. Si se usa fase o código y fase, la precisión es de 5mm +0.5ppm típico Distancia del móvil a la base hasta 800km Tiempos de observación: minutos a horas CLASIFICACION BASICA DEL GPS

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 Navegación autónoma Receptor único Precisión de 10 a 30m. Aplicaciones para navegación, recreación etc. 

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Precisión en el rango de 0.5 a 5m Aplicaciones: navegación, GIS, topografía, catastro rural. 

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DGPS (corrección diferencial)

Corrección diferencial de fase

Precisiones de 0.5 a 20mm Usadas en muchas tareas, geodesia, monitoreo, control de máquinas etc.

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ACONTINUACION MOSTRAREMOS LOS TIPOS DE RECEPTORES GPS LEICA

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LEVANTAMIENTOS CON GPS  ESTATICO Utilizado para líneas largas, redes geodésicas etc. Ofrece alta precisión en distancias largas, pero requiere largos tiempos de observación.  ESTATICO RAPIDO Para redes de control locales. Buena precisión en líneas hasta de 20km. Tiempo de observación cortos.  CINEMATICO (stop and Go) - Se usa para levantamientos de detalles, trayectoria etc. - El móvil se desplaza y toma de datos en modo automático cada cierto intervalo o distancia. - También se pueden registrar los puntos que el usuario estime convenientes. - Para resolver ambigüedades, el móvil tiene que realizar primero un proceso de inicialización, (5 a 15minutos en L1, punto conocido en L1, OTF en L1 + L2). - Una vez inicializado el móvil puede desplazarse libremente y no pierde la inicialización siempre y cuando reciba 4 o más satélites. - En cinemático submetrico (solo código) no es necesario inicializador. Para levantamiento de detalles y para la medición de muchos puntos en sucesión corta. Requieren que se rastreen como mínimo 4 satélites. El inicio puede ser estático (L1) U OTF (L1 + L2).

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Página 18  TIEMPO REAL (RTK) Se utiliza un radio enlace o celular para enviar las correcciones de la base al móvil. ACONTINUACION PONDREMOS EJEMPLO SOBRE USO DEL GPS DIFERENCIAL POST PROCESO ¿Cómo FUNCIONA?

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FLUJO DE TRABAJO La base se ubica en un punto de coordenadas conocidas. La base se mantiene encendida y guardan las observaciones durante el tiempo que se desea medir. El móvil ubicado en el punto desconocido, guarda las observaciones en memoria Las observaciones de la base y móvil se transfieren al pc Mediante un software de post proceso calcula las coordenadas del punto desconocido, aplicando la mejor solución según el caso.

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Es necesario hacer una coordinación entre los periodos de observación de la base y móvil para evitar problemas. FLUJO DE TRABAJO

ESTACION DE REFERENCIA DE GPS -

Una estación de referencia es una instalación permanente que opera las 24 horas del día en modo autónomo. Tiene un receptor GPS ubicado sobre un punto conocido. Guarda las observaciones en archivos de duración pre establecida. Generalmente cada hora en el disco de un pc. Los usuarios acceden a estas mediciones mediante internet u otro sistema simple del ING (INSTITUTO NACIONAL GEODESICO)

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TRABAJOS DEL GPS COMO METODO ESTATICO Y/O ESTACIONAMIENTO ESTATICO Y RTK METODO ESTATICO En este método de estacionamiento se usa para ubicar puntos geodésicos como las coordenadas UTM, a continuación, mostramos la siguiente figura.

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Página 21 METODO RTK (REAL TIME KINEMATIC) - INFORMACION EN TIEMPO REAL -

Todos los levantamientos con GPS son realizados con el método diferencial, es decir, se determinan líneas de la base entre un punto fijo de coordenadas conocidas (base) y un punto desconocido llamado como (rover o móvil) . post proceso: Las observaciones de los satélites son guardadas y luego post procesadas por un software apropiado. . tiempo real El post proceso de los datos se realiza inmediato obteniéndose posiciones con alta precisión. . diferencias más obvias: Las coordenadas son obtenidas directamente en el terreno con alta precisión. Se pueden hacer trabajos de replanteo.

DIFERENCIAL EN TIEMPO REAL . ESTACION DE REFERENCIA: -

Ubicada sobre un punto conocido Seguimiento de satélites visibles Calcula las correcciones de cada uno de los satélites Transmite las correcciones vía un radio enlace para que estas puedan ser utilizadas por el móvil.

. MOVIL: -

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Recibe las correcciones de la base. Calcula su posición y la corrige en el mismo instante. REAL-TIME DGPS . desde que el móvil recibe 4 satélites y las correcciones la posición está disponible.

Correcciones enviadas por radio

ESTACIONAMIENTO BASE

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Posición disponible

Página 22 APLICACIONES DE RTK -

Levantamientos topográficos Replanteo Control de maquinaria Como el método RTK se obtiene la coordenada en tiempo real, es indispensable tener en el receptor la transformación de coordenadas y proyección que se usaran localmente.

PROCEDIMIENTO PARA LEVANTAMIENTO RTK O CONFIGURACION PARA TRABAJAR CON LEICA VIVA GS15/CS10

CONFIGURACION BASE Identificar el receptor GS15 y la controladora cs10 que se utilizaran como base . el receptor de la base es aquel que no tiene radio interna. Conectar la antena de radio a la radio . Conectar la radio externa al receptor y las baterias externas del receptor y de la radio.

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Página 23 si el menú que aparece en la controladora cs10 es el de móvil, se debe cambiar al menú de base

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Página 24 Seleccionar: ir a menú de base

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En la controladora de la base se debe tener este menú

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Página 26 Del menú RTK de base seleccionar. Instrumento Configuración de base Conexiones y estado

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Página 27 Del menú del instrumento seleccionar: Conexiones de Base

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Página 28 Del menú conexiones Base seleccionar: Conexiones

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Página 29 En la pantalla configuración Interface Base seleccionar: Sensor base y luego editar

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Página 30 verificar que el sensor seleccionado sea GS10/GS15 verificar que la conexión utilizada sea Bluetooth presionar busca y verificar que se selecciona el dispositivo cuyo número de serie corresponde al receptor de la Base

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Página 31 En la pantalla configuración Interface Base seleccionar: RTK Base 1 luego Editar

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Página 32 Activar la casilla Info a transmitir desde base, si no se encuentra activada

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Página 33 Conectar usando: GS port 1 Formato datos RTK: leica 4G y luego Dispo

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Página 34 En la pestaña Radios seleccionar: satel TR1(GFU27) Y LUEGO OK, OK Y OK

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Página 35 EN EL MENU RTK BASE, Seleccionar: Ir a Trabajar: Iniciar Base Volver al móvilG

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Página 36 Elegir el modo de selección del punto de base: sobre punto conocido: si las coordenadas del punto son conocidas y están grabadas en la memoria. Sobre el último punto: Si se va ocupar el mismo punto que la última vez. Sobre cualquier punto: Si no se conoce las coordenadas del punto. Se utilizarán las coordenadas navegadas.

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CONFIGURACION DE MOVIL Identificar el receptor GS15 y la colectora CS10 que se utilizaran como móvil. El receptor del móvil es aquel que tiene radio interna. -

La configuración del receptor configurado como RTK BASE debe ser cambiada a Móvil

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Página 49 PREPARACION PARA LA MEDICION Esta configuración se realiza solamente en la controladora CS10 del móvil Se debe crear un nuevo trabajo o seleccionar un trabajo existente.

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En este caso vamos a crear un nuevo trabajo

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