informe gps

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL TOPOGRAFIA II CIV-214 J.T.PPROYECTO N5SESION DE GPS

Docente : Ing. Diego Mendoza SoriaAuxiliar: Univ. Carlos Nahim Tarqui Durn Lugar: Instituto de Hidrulica e HidrologaUbicacin: Cota Cota entre calles 30 y 31Grupo:10

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL TOPOGRAFIA II CIV-214 J.T.PPROYECTO N5SESION DE GPS

Docente : Ing. Diego Mendoza SoriaAuxiliar: Univ. Carlos Nahim Tarqui Durn Lugar: Instituto de Hidrulica e HidrologaUbicacin: Cota Cota entre calles 30 y 31Grupo:10

1. INTRODUCCION2. OBJETIVOS:2.1. OBJETIVO GENERAL2.2. OBJETIVO GENERAL3. ANTECEDENTES3.1. ESPECIFICACIONES TCNICAS4. PERSONAL Y EQUIPO 5. MEMORIA TECNICA5.1. PLANIFICACION DE SESION DE GPS5.2. PROCEDIMIENTO DE CAMPO5.3. RESUMEN DE DATOS6. MEMORIA DE CALCULO6.1. COORDENADAS PROMEDIO DE ESTACIONES.6.1.1. METODO ESTATICO RAPIDO6.1.2. MOTODO STOP-GO (DINAMICO)6.2. TRANSFORMACIONES DE COORDENADAS6.2.1. TRANSFORMACION DE COORDENADAS UTM A GEOGRAFICAS (FORMULAS)6.2.2. TRANSFORMACION DE COORDENADAS UTM A GEOGRAFICAS (TABLAS)6.2.3. TRANSFORMACION DE COORDENADAS GEOGRAFICAS A UTM (FORMULAS)6.2.4. TRANSFORMACION DE COORDENADAS GEOGRAFICAS A UTM (TABLAS)6.2.5. GEOGRAFICAS WGS-84 A GEOGRAFICAS PSAD-56 (MOLODENSKY)7. RESUMEN DE DATOS8. CALCULO DE DISTANCIAS POR COORDENADAS OBTENIDAS9. CUADRO DE COMPARACION DE DISTANCIAS10. PLANO11. CUESTIONARIO12. CONCLUSIONES13. BIBLIOGRAFIASESION GPS

1. INTRODUCCION:

Es un sistema de navegacin basado en 24 satlites, que proporcionan posiciones en tres dimensiones, velocidad y tiempo, las 24 horas del da, en cualquier parte del mundo y en todas las condiciones climticas. Al no haber comunicacin directa entre el usuario y los satlites, el GPS puede dar servicio a un nmero ilimitado de usuarios.

Puesta en rbita de un satlite Navstar de Sistema de Posicionamiento Global (GPS) mediante cohetes Delta. Los satlites GPS transmiten continuamente datos relativos a su posicin y la hora exacta. La navegacin militar y civil utiliza la informacin recibida de distintos satlites para determinar su propia posicin.Un receptor GPS est conectado a una red de satlites artificiales para poder dar al usuario del receptor su localizacin mediante coordenadas. Algunas unidades GPS pueden cargarse con mapas con el fin de conocer mejor el lugar donde estamos o trazar rutas a seguir.Los conductores lo utilizarn como parte de los sistemas inteligentes en carretera y los pilotos para realizar los aterrizajes en aeropuertos cubiertos por la niebla y otros servicios de emergencia. El sistema ha tenido una buena acogida y se ha generalizado en aplicaciones terrestres, martimas, areas y espaciales.

1.1. Mtodos de Medicin.- Los mtodos de mediacin conocidos son: Mtodo esttico.- Este mtodo se conoce con este nombre porque los equipos receptores permanecen estacionados en los vrtices a medir, por tiempo prolongados en sesiones que van desde los 30 [min] hasta las 2[h], segn la distancia de la base a medir. Mtodo esttico Rpido.- Este mtodo es muy similar a la anterior tanto en su levantamiento como en el procesamiento, es que solo se realiza con equipos G.P.S. La segunda variante es el tiempo de posicionamiento vara dependiendo de la lnea base los cuales no podrn mayor a 10 Km. Y con un tiempo de observacin de 10 a 20 [min]. Mtodo Cinemtica.- Es el ms rpido de los levantamientos con equipos G.P.S. pero al mismo tiempo el ms exigente en cuanto a la colecta de datos y procesamiento, para evitar la prdida de la seal de los satlites enganchados. Los tiempos mnimos de posicionamiento ser de 2 [min] como mnimo. Mtodo RTK (Tiempo real cinemtica).- Esta causando gran revolucin por su gran utilidad en el replanteo de concesiones mineros y otras, los equipos G.P.S. requieren estar conectados a un radio modem el cual transmite las correcciones de error que se presentan al decepcionar la seal de los satlites, estos errores son transmitidos por el radio modem y este compensa y corrige realizando esta simultneamente, los equipos debe ser capaces de trabajar en esta modalidad, y el radio modem tiene un alcance de 10 [km].

1.2. Constitucin del sistema GPS

El sistema GPS est formado por tres "segmentos", a saber: Segmento espacial Segmento de control Segmento de usuario

El segmento espacial Est constituido por los satlites de la constelacin NAVSTAR. Como ya dijimos anteriormente, en la actualidad esta constelacin est formada por un total de 27 satlites, de los cuales 3 son de reserva y los otros 24 estn distribuidos en 6 planos orbitales (cada uno de ellos con 4 satlites en una rbita prcticamente circular, a 20.180 Km de altitud.). La constelacin NAVSTAR, as configurada, permite que sobre el horizonte de cualquier lugar de la Tierra puedan verse simultneamente entre 6 y 11 satlites (normalmente denominados SVs, o Space Vehicles), lo cual posibilita la continuidad12 de las observaciones durante las 24 horas del da.

El segmento de control La constelacin NAVSTAR est controlada desde tierra a travs de una serie de cinco estaciones oficiales de seguimiento repartidas por todo el planeta (Fig. 33). Existe una estacin central (la de Colorado Springs, y otras cuatro estaciones secundarias, en Hawaii, Ascensin, diego Garca y Kwajalein.

GPS. Segmento de control. Estaciones de seguimiento. Fuente: Peter H. Dana, Department of Geography, University of Texas at AustinLas estaciones de seguimiento, tal y como se observa en el mapa, estn espaciadas regularmente en longitud y sus coordenadas estn determinadas con suma precisin. Su misin es la de estar en continua comunicacin con los satlites, recibiendo las seales emitidas por estos, para as poder determinar sus rbitas con gran exactitud.Los datos recogidos por las estaciones secundarias son enviados a la principal, donde son debidamente procesados, calculndose las efemrides, el estado de tiempos, etc. Toda esta informacin se transmite a los satlites en los cuales queda almacenada.Por tanto, queda claro que es posible, desde tierra, determinar las posiciones exactas de cualquiera de los satlites GPS en un momento determinado.El segmento usuario Est formado por los instrumentos que nosotros, los usuarios, necesitamos para utilizar el sistema GPS de cara a la navegacin, posicionamiento, control preciso de tiempos, etc.Bsicamente, un equipo GPS est compuesto por un receptor o sensor con antena (que puede ser externa o integrada en el propio sensor) que se comunica con los satlites, y por una unidad de control que permite la interoperatividad con el usuario. Adicionalmente, cada vez se incluyen mayor nmero de accesorios con diversas funcionalidades.

Sensor GPS con antena integrada. Fuente: http://www.leica.com

Unidad de control para GPS. Permite al usuario utilizar el sistema. Fuente: http://www.leica.comLos modernos sistemas GPS son muy ligeros, tanto que todo el equipo necesario puede transportarse en un maletn, a excepcin de otros elementos de mayores dimensiones como el trpode o el bastn de aplomar.

En un pequeo maletn cabe todo el equipo, desde el sensor y la unidad de control hasta las bateras, soportes, cables, etc. Fuente: http://www.leica.com Bien, tras haber hecho una introduccin y una visin rpida de los tres segmentos que conforman el sistema GPS, vamos a estudiar los principios de funcionamiento del mismo. Esquema de funcionamiento del GPS Hasta ahora hemos visto que existe una constelacin de satlites distribuidos en rbitas determinadas, de los cuales puede determinarse su posicin en un momento concreto en funcin de la posicin de una serie de estaciones de seguimiento en tierra que cuentan con coordenadas bien definidas. Asimismo, hemos visto que el segmento del usuario se compone de unos receptores que se comunican con los satlites NAVSTAR y que nos van a permitir determinar su posicin basndonos en la de los satlites. La base de todo el sistema es una medicin exhaustiva de la distancia que nos separa de los satlites. La explicacin es sencilla: si sabemos que nos encontramos a 20.000 Km de un satlite determinado, est claro que estaremos situados dentro de la superficie de la esfera que, con centro en el satlite, tiene un radio de 22.000 Km. Si disponemos de las distancias a dos satlites, las posibilidades se reducen, y nos encontraremos dentro de la circunferencia de interseccin entre las dos esferas que tienen centros en cada uno de los satlites y radio las distancias a cada uno de ellos respectivamente. Por ltimo, si disponemos adems de la distancia a un tercer satlite, nuestra posicin estar determinada por la interseccin de la tercera esfera con la circunferencia anterior (interseccin de las dos primeras esferas). La interseccin de una esfera con una circunferencia da como resultado dos puntos del espacio, que sern los nicos en los que podemos encontrarnos si disponemos de las distancias a tres satlites distintos. En estos momentos puede surgir la pregunta de cmo podemos saber cul de los dos puntos obtenidos representa realmente nuestra posicin. Bien, para ello existen varios mtodos. Uno de ellos consistira en realizar otra medicin ms (la cuarta) a otro satlite. Otro suele ser el descartar uno de los puntos por ser absurdo, lo que sucede a menudo. Adicionalmente, si conocemos nuestra altitud tambin podemos descartar uno de los puntos.

Con la distancia a un solo satlite nuestra posicin estar dentro de la esfera de la figura

Disponiendo de la distancia a dos satlites, nos encontraremos dentro de la circunferencia interseccin de las esferas de la figura

Como puede verse, el fundamento del sistema GPS es sencillo y claro. En palabras de Jeff Hurn14, "todo lo dems que se diga acerca del mismo, no sern ms que detalles tcnicos destinados a llevar a cabo este proceso de medicin de distancias".Nivel de precisin alcanzado con el GPS La utilizacin del GPS con fines geodsicos ha pasado por gran cantidad de pruebas y experimentos para asegurar su precisin y efectividad. Podemos decir17 que hace pocos aos se midi de nuevo la base de Madridejos obteniendo errores del orden de 10-6. Esta exactitud lo convierte en un mtodo increblemente adecuado para el control de redes geodsicas en primer trmino y, hoy da, dados los enormes avances que el mtodo ha experimentado y su menor costo, para su utilizacin con fines topogrficos convencionales.

2. OBJETIVOS:2.1. OBJETIVO GENERAL Aprender el manejo del GPS geodsico para obtener las coordenadas del cuadriltero del proyecto de triangulacin.2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Realizar con el GPS el mtodo esttico y el mtodo dinmico para obtener las coordenadas UTM y 19K de cada vrtice de la poligonal. Convertir las coordenadas UTM a Geogrficas. Obtener las coordenadas de los vrtices para hallar las distancias de vrtice a vrtice.

3. ANTECEDENTES3.1. ESPECIFICACIONES TCNICASDebemos aclarar que el cuadriltero utilizado fue el mismo que se llego a utilizar en nuestro primer proyecto: Triangulacin 3.1.1. METODO ESTATICO Estacionarse en un punto con un GPS y el otro rotar de vrtice en vrtice. Tomar datos de los dos GPS al mismo tiempo. La toma de datos debe ser cada 3 minutos.

3.1.2. METODO DINAMICO

Rotar ambos GPS en sentido horario o anti horario pero ambos con la misma correlacin. Tomar datos de los dos GPS al mismo tiempo. La toma de datos debe ser cada 3 minutos.

4. PERSONAL Y EQUIPO 4.1. PERSONAL Dos operadores: Estarn encargados de manipular el equipo, debern tener conocimientos del manejo y uso del equipo. Dos records: Estarn a cargo de anotar los datos obtenidos en la pantalla del GPS.4.2. EQUIPO 2 GPS (WILD T1) La libreta para anotar los datos.5. MEMORIA TECNICA5.1. PROCEDIMIENTO DE CAMPO En el mtodo esttico, que es el mtodo ms preciso para distancias largas, una persona se quedara con el GPS fijo en el vrtice A, mientras que el otro GPS mvil recorrer los dems vrtices. En el mtodo dinmico, se comenz en los vrtices A y B, se roto en todo el cuadriltero, por intervalos de tiempo de 3 minutos para llegar a cada vrtice

5.2. RESUMEN DE DATOSMETODO ESTATICO

PUNTOHORACOORDENADAS

19 KUTM ALTURA

A14:34:0059984181713353466

D59970281713783448

A14:38:0059984281713343466

C59976581712503458

A14:44:0059984281713343466

B59986281712343467

METODO DINAMICO

PUNTOHORACOORDENADAS

19 KUTM ALTURA

A-B14:44:0059984181713353464

B-A59986281712343467

B-C14:50:0059986281712323467

C-B59976481712503461

C-D14:58:0059976581712533462

D-C59970481713803455

D-A14:02:0059970081713793454

A-D59984281713363464

6. MEMORIA DE CALCULO6.1. COORDENADAS PROMEDIO DE ESTACIONES.6.1.1. METODO ESTATICO RAPIDOMETODO ESTATICO PROMEDIO

PUNTOCOORDENADAS

ESTE 19 KNORTE UTM Z ALTURA

A599841,6678171334,3333466

B59986281712343467

C59976581712503458

D59970281713783448

6.1.2. MOTODO STOP-GO (DINAMICO)METODO DINAMICO PROMEDIO

PUNTOCOORDENADAS


A599841,58171335,53464

B59986281712333467

C599764,58171251,53461,5

D5997028171379,53454,5

6.2. TRANSFORMACIONES DE COORDENADAS6.2.1. TRANSFORMACION DE COORDENADAS UTM A GEOGRAFICAS (FORMULAS)Partimos de las coordenadas UTM:

Empezamos eliminando el retranqueo del eje de las X, que se realiza en todos los casos:

Para las Y, la eliminacin del retranqueo es selectiva y slo se realiza en el caso de queestemos operando con coordenadas UTM correspondientes al hemisferio sur. Por tanto:

La composicin de la longitud es muy sencilla. El nico cuidado que hay que poner es que la operacin ha de ser realizada en grados decimales, por lo que delta lambda ha de ser dividida por Pi y multiplicada por 180. Lambda sub cero ya est en grados decimales, por lo que no hace falta tocarla. La longitud se obtiene de la forma:

La composicin de la latitud es un poco ms complicada:

Ahora nos queda pasar a grados decimales la latitud, que la tenemos en radianes:

Una vez que tenemos la longitud y la latitud en grados sexagesimales en notacin decimal, lo que nos queda es pasar el resultado a grados, minutos y segundos sexagesimales:

Vemos que la longitud nos queda con valores negativos lo cual es lo mismo que decir que dicha longitud corresponde al oeste del meridiano de Greenwich.Las formulas mostradas se usan para la transformacin de coordenadas UTM a geogrficas.

6.2.2. TRANSFORMACION DE COORDENADAS UTM A GEOGRAFICAS (TABLAS)

Para A:Conversin coordenadas UTM a geogrficas

ENTRADAS: Coordenadas UTM8.171.334,33399.841,667

CoordenadasUTM (m)Distancia (m) en longitud y latitud

UTM Este X599841,667Este huso3099.842

UTM Norte Y8171334,333Norte del Ecuador8.171.334

Huso30

HemisferioN

Seleccin elipsoide

SALIDA: Coordenadas geogrficas Longitud y Latitud

Coordenadas Grados Minutos 'Segundos''Longitud / latitud

Longitud0 10 ' 17,73'' E

Latitud73 36 '' 40,95'' N

Para B:Conversin coordenadas UTM a geogrficas



UTM Este X599862Este huso3099.862

UTM Norte Y8171234Norte del Ecuador8.171.234

Huso30

HemisferioN

Seleccin elipsoide



Longitud0 10 ' 19,44'' E

Latitud73 36 '' 37,68'' N

Para C:Conversin coordenadas UTM a geogrficas





Huso30

HemisferioN

Seleccin elipsoide



Longitud0 10 ' 8,47'' E

Latitud73 36 '' 38,36'' N

Para D:

Conversin coordenadas UTM a geogrficas





Huso30

HemisferioN

Seleccin elipsoide



Longitud0 10 ' 2,05'' E

Latitud73 36 '' 42,60'' N

6.3.2. TRANSFORMACION DE COORDENADAS GEOGRAFICAS A UTM (FORMULAS)Partimos de las coordenadas geogrficas:

Sobre la Geometra del Elipsoide:Calculamos la excentricidad, la segunda excentricidad, el radio polar de curvatura y el aplanamiento:

Aprovechamos para calcular tambin el cuadrado de la segunda excentricidad, pues nos har falta en muchos pasos posteriores:

Seguimos con el radio polar de curvatura y el aplanamiento:

Sobre la Longitud y la Latitud:Lo primero que hacemos es convertir los grados sexagesimales (grados, minutos y segundos) a grados sexagesimales expresados en notacin decimal (lo que se suele denominar normalmente "grados decimales"). Para ello operamos de la siguiente forma:

Una vez que tenemos la longitud y la latitud en grados decimales, procedemos a su paso a radianes, pues la mayor parte de los pasos posteriores se realizarn con entrada de datos en radianes. Operamos para ello de la forma:

El siguiente paso es calcular el signo de la longitud. Para ello el proceso lgico es muy sencillo:Sobre el Huso:Una vez tenemos preparados los datos de longitud y latitud, podemos calcular el huso o zona UTM (UTM Zone) donde caen las coordenadas a convertir, con operaciones muy sencillas:

Clculo Final de Coordenadas:Una vez disponemos de todos los parmetros anteriores calculados, procedemos a la solucin de las coordenadas UTM finales, de la forma:

Para el caso de la solucin de Y es muy importante recordar que si la latitud de las coordenadas geodsicas con las que operamos pertenece al hemisferio sur deberemos sumar el valor 10.000.000 al resultado obtenido. Como en el caso del ejemplo estamos operando con latitudes al norte del Ecuador, no realizamos tal operacin:

6.3.3. TRANSFORMACION DE COORDENADAS GEOGRAFICAS A UTM (TABLAS)Para A:Conversin coordenadas geogrficas a UTM

ENTRADAS: Coordenadas geogrficas Longitud y Latitud

CoordenadasGrados Minutos 'Segundos''Longitud / latitud

Longitud0 10 ' 17,73'' E

Latitud73 36 ' 40,95'' N-

22

Seleccin elipsoide

SALIDA: Coordenadas UTM

Coordenadas UTM (m)Distancia (m) en longitud y latitud

UTM Este X410954Este huso31-89.046


Huso31

Para B:Conversin coordenadas geogrficas a UTM



Longitud0 10 ' 19,44'' E

Latitud73 36 ' 37,68'' N

22

Seleccin elipsoide





Huso31

Para C:Conversin coordenadas geogrficas a UTM



Longitud0 10 ' 8,47'' E

Latitud73 36 ' 38,36'' N

22

Seleccin elipsoide





Huso31

Para D:Conversin coordenadas geogrficas a UTM



Longitud0 10 ' 2,05'' E

Latitud73 36 ' 42,36'' N

22

Seleccin elipsoide





Huso31

6.3.4. GEOGRAFICAS A UTM WGS-84 Y GEOGRFICAS A UTM ED50nENTRADAS: LatitudENTRADAS: LongitudSalida UTM (WGS84)

puntogmin's"N/Sgmin's"E/WHuso Este X : Norte Y

10 10 ' 17,7'' N73 36 ' 41,0'' E43T 345466 :: 18972

20 10 ' 19,4'' N73 36 ' 37,7'' E43T 345365 : 19024

30 10 ' 8,5'' N73 36 ' 38,4'' E43T 345386 : 18687

40 10 ' 2,1'' N73 36 ' 42,6'' E43T 345517 : 18490

SALIDA: Coordenadas Geogrficas (ED50)SALIDA: UTM (ED50)

g min' s" N/S. g min' s" E/W Formato GPSHuso Este X :: Norte Y

0 10' 24.25"N 73 36' 38.94"EN0 10 24.25 E73 36 38.9443T 345398 :: 19172

0 10' 25.96"N 73 36' 35.67"EN0 10 25.96 E73 36 35.6743T 345297 :: 19225

0 10' 14.99"N 73 36' 36.35"EN0 10 14.99 E73 36 36.3543T 345318 :: 18888

0 10' 8.57"N 73 36' 40.59"EN0 10 8.57 E73 36 40.5943T 345449 :: 18690

7. RESUMEN DE DATOS

Coordenadas mtodo estticoMETODO ESTATICO PROMEDIO

PUNTOCOORDENADAS


A599841,6678171334,3333466

B59986281712343467

C59976581712503458

D59970281713783448

Coordenadas mtodo dinmicoMETODO DINAMICO PROMEDIO

PUNTOCOORDENADAS


A599841,58171335,53464

B59986281712333467

C599764,58171251,53461,5

D5997028171379,53454,5

Coordenadas GeogrficasPUNTOCOORDENADAS GEOGRAFICAS


ALongitud0 10 ' 17,73'' E

Latitud73 36 '' 40,95'' N

BLongitud0 10 ' 19,44'' E

Latitud73 36 '' 37,68'' N

CLongitud0 10 ' 8,47'' E

Latitud73 36 '' 38,36'' N

DLongitud0 10 ' 2,05'' E

Latitud73 36 '' 42,60'' N

Coordenadas UTM (WGS84)PUNTOSalida UTM (WGS84)

Huso Este X : Norte Y

A43T 345466 :: 18972

B43T 345365 : 19024

C43T 345386 : 18687

D43T 345517 : 18490

8. CALCULO DE DISTANCIAS POR COORDENADAS OBTENIDASCalculando distancias con la siguiente frmula:

Obtenemos las siguientes coordenadas:

MTODO ESTATICODISTANCIAS METODO ESTATICO

A-B104,3729565

B-C98,31073187

C-D142,6639408

D-A146,333713

MTODO DINAMICODISTANCIAS METODO DINAMICO

A-B104,5299

B-C99,23960903

C-D142,4438486

D-A146,2745706

9. CUADRO DE COMPARACION DE DISTANCIASDIFERENCIA DE DIATANCIAS METODO ESTATICO- METODO DINAMICO

A-B-0,156943529

B-C-0,928877162

C-D0,220092198

D-A0,059142398

Por tanto vemos que entre los dos mtodos el ms preciso es el mtodo esttico con una pequea diferencia.

10. PLANO11. CUESTIONARIO12. CONCLUSIONES

Realizamos con el GPS ambos mtodos hallando una diferencia de distancias muy mnima lo cual nos lleva a decir que ambos son mtodos casi precisos. La obtencin de coordenadas y transformaciones nos dan distancias similares a las calculadas.

Concluimos que la utilizacin del GPS es preciso y tiene mucha efectividad.Es un mtodo adecuado para el control de redes geodsicas y adems su aplicacin es sencilla y tiene un menor costo lo cual es muy ventajoso.

13. BIBLIOGRAFIA

www.Nociones de Geodesia. GPS.com www. Aprende a convertir coordenadas geogrficas en UTM y UTM en geogrficas.com.

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