taller de gps

Introduccion GPS Dispositivos IDEs y VGI Practicas

Taller practico de GPS

Benito M. Zaragozı

Universidad de Alicante

19 y 20 de julio de 2012

Taller practico de GPS Benito M. Zaragozı


Presentacion



Presentacion

¿Para quien es este curso?

• ¿Te interesa comprarte un GPS?• ¿Tienes un GPS y no estas seguro de que hacer con el?• ¿Te interesa el uso del GPS o la cartografıa digital para tu

trabajo o “hobbies”?



Presentacion

¿Para quien es este curso? (II)

• Hobbies: Caza, pesca, “mountain bike”, senderismo, 4x4,correr, turismo, buscadores de tesoros... y otros.

• Negocios inmobiliarios (portales Web, bbdd de clientes,comparativas por zonas...).

• Gestion del territorio (Ordenacion urbana, proteccion civil,“brugal”...).

• Medio ambiente y gestion de recursos naturales.

• Tecnologos (sencillamente tu hobby o tu trabajo consiste enusar este tipo de cosas).



Presentacion

¿Quienes somos?

• Biologos y Geografos, utilizamos el GPS como unaherramienta mas.

• Amplia experiencia en el manejo de distintos dispositivos ysoftware.

• Especialidad en la creacion y analisis de cartografıa GIS con ysin GPS.

• Hemos usado GPS para el desarrollo de proyectos deinvestigacion, tesis, impartido cursos en la UA y tambien paranuestros “hobbies”.



Presentacion

Teorıa...

• Son necesarios ciertos conocimientos basicos de cartografıapara aprovechar el potencial del GPS.

• Es preciso conocer el pasado, presente y futuro de estatecnologıa para saber que podemos esperar de ella.

• Es importante conocer las capacidades y limitaciones de losdispositivos GPS.

Vuestro nuevo vocabulario os permitira encontrar otros recursos ypensar de otro modo.



Presentacion

... y practica!!

• Poco tiempo para “completar el cırculo”.

• Salidas de campo basicas, centrandonos en lo esencial.

• El taller da las bases para realizar vuestras propias practicasde ahora en adelante.



Introduccion a la cartografıa digital

Que es la cartografıa?

La cartografıa es la ciencia que se encarga de la creacion y estudiode los mapas. Se pretende crear modelos utiles de la realidad. Elproducto de la cartografıa son los mapas. Para la elaboracion delos mapas se necesitan solventar tres problemas:

• Representacion de un espacio grande sobre uno pequeno.

• Representacion de un espacio “esferico” sobre un plano.

• Representacion de un espacio tridimensional sobre unobidimensional.




La escala

La escala cartografica es el cociente entre las distancias medidas enel mapa y sus correspondientes en la realidad. Sirven para reducirde una manera proporcional la realidad al tamano del papel.




Las proyecciones cartograficas

La Tierra tiene una forma aproximadamente esferica, pero lasesferas no se pueden descomponer facilmente en un plano, comosı se puede hacer con los cubos.

Fuente: http://juanbascon.blogspot.com.es


http://juanbascon.blogspot.com.es/2010/10/unidad-2-la-representacion-de-la-tierra.html



Las proyecciones cartograficas (II)

• Un mapa siempre comprende distorsiones.

• El usuario comun no necesita saber nada de esto paraentender un mapa. ¡!?

• A un usuario de GPS le puede ser interesante...

Fuente: www.cartovirtual.es


http://www.cartovirtual.es/aprendizaje/cursoTIG/tipos_de_proyecciones_cartogrficas.html



Las proyecciones cartograficas (III)

Cualquier sistema de proyeccion deforma la realidad, ya sea en laforma, en el tamano o en las distancias. Segun las deformacionesque provocan podemos encontrar proyecciones:

• Conformes: que representan la esfera respetando la forma,pero no el tamano.

• Equivalentes: que respetan las dimensiones de las areas perono sus formas.

• Equidistantes: que mantienen la distancia real entre losdistintos puntos del mapa.




Las proyecciones cartograficas (VI)

Fuente: encuentrohumboldt


http://elistas.egrupos.net/lista/encuentrohumboldt/archivo/indice/2975/msg/3052/



La topografıaUn mapa “plano” solamente tiene dos dimensiones, mientras queel relieve tiene tres. Hay varios modos de representar esas alturaspero los mas utilizados son: isohipsas, colores y 3D.




Sistemas de coordenadas

• Sobre el plano debe ser posible localizar cualquier puntomediante un sistema de referencia = COORDENADAS.

• Las posiciones en el planeta se definen en relacion a unsistema de referencia fijo. El sistema debe permitir conocer laposicion inequıvocamente.

• Los dos sistemas de coordenadas mas comunes son:• Coordenadas Geograficas (latitud y longitud).• Coordenadas UTM (Universal Transversa Mercator).




Coordenadas geograficas• Abarcan toda la superficie terrestre.• Muy utilizadas en navegacion marıtima, aerea y otros usos.• Son poco practicas para calcular areas y superficies.

Fuente:http://socialesmoriles.blogspot.com.es

Cocentaina en el mapa

Grados sexagesimales: 3844’42”N, 026’26”WDecimales: 38.733, -0.438


http://socialesmoriles.blogspot.com.es/2011_09_01_archive.html



Coordenadas UTM

• Proyecta pequenas zonas del globo sobre superficies planas.

• Se minimizan las deformaciones.

• Las unidades son metros. Es un sistema facil y extendido.

• Hay 60 husos o zonas UTM longitudinales (6x60=360).Cada uso se divide en 20 zonas de latitud identificadas poruna letra.

• La proyeccion UTM va de los 80N a los 80S. En regionespolares se complementa con una proyeccion polarestereografica (UPS).

Cocentaina en el mapa UTM

Coordenadas UTM: 4291330 722657 30SED 1950 (Elipsoide de Hayford)




Coordenads UTM (II)

Fuente: www.elgps.com


http://www.elgps.com/documentos/utm/coordenadas_utm.html



Coordenads UTM (III)

Fuente: www.elgps.com


http://www.elgps.com/documentos/utm/coordenadas_utm.html



La forma de la Tierra

Fuente: European Space Agency

Elipsoide:

• Definicion matematica.

• Superficie geometricasencilla.

• Se puede describir con pocosparametros.

• No se puede “ver” en elterreno.

Geoide:

• Definicion fısica.

• Superficie compleja.

• Descrito por ∞ parametros.

• Sı que puede ser medida enel terreno (msnm).


http://www.esa.int/esaMI/GOCE/SEMSPFVHJCF_1.html



El Datum

Es un modelo matematico definido para ajustarse lo mejor posibleal geoide o a una parte de este. Cada Datum esta compuesto de:

• Un elipsoide (semiejes y aplastamiento).

• Un punto fundamental donde el elipsoide y el geoide sontangentes.

Los sistemas de proyeccion y datums mas habituales a nivelregional son:

• Coordenadas geograficas y Datum WGS84.

• Coordenadas UTM y European Datum 1950 (ED50)

• Coordenadas UTM y European Terrestrial Reference System(ETRS89)*.




¿Que es la cartografıa digital?

• La cartografıa es mas rapida, precisa y barata cuando se hacecon ordenadores.

• Mapas digitales estaticos y dinamicos (“inteligentes”).

• El tipo de software que habitualmente crea, gestiona y analizalos mapas inteligentes se conoce como SIG (este softwareresponde “preguntas geograficas”).

Plano de Valencia 1703-04.Ver Bing Maps Bird’s eye


http://www.bing.com/maps/


Teorıa GPS

Sistemas de navegacion por radio



Teorıa GPS

Otros sistemas de posicionamiento global

• GLONASS (Rusa/militar).

• GNSS ¿GPS? (Mundial/civil).

• GALILEO (Europea/civil).

• Beidou o COMPASS (China/militar).



Teorıa GPS

¿Que es GPS?

GPS es un Sistema Espacial de Navegacion disenado por el ejercitode los EEUU.

• Geoposicionamiento autonomo.

• 10-20m de precision media.

• Cobertura global.

• Disponible 24h.

• Control militar.

• Receptores baratos.

• Faciles de instalar.

• Basado en el WGS84



Teorıa GPS

Evolucion del GPS

• ’60 −→ Transit / Timation.

• 1973−→ Transit + Timation = Navstar GPS (NAVigationsystem with Timing And Ranging).

• 1973/1979−→ Desarrollo del concepto.

• 1979/1985−→ Desarrollo global y pruebas.

• 1983−→ El incidente del Vuelo KAL007 hizo que RonaldReagan impulsara el uso civil gratuito del GPS para evitarincidentes similares.

• 1993−→ Initial Operational Capability (IOC).

• 1995−→ Full Operational Capability (FOC).



Teorıa GPS

Aplicaciones civiles del GPS

• Sistemas de navegacion (mar, tierra y aire).

• Control de flotas.

• Proteccion civil.

• Cartografıa y GIS.

• Ocio.

• etc, etc...



Teorıa GPS

El sistema GPS



Teorıa GPS

Red principal de GPS

Fuente: Understanding the GPS (1996)


http://es.scribd.com/doc/3917123/eBook-Electronics-Understanding-the-GPS-An-Introductio


Teorıa GPS

Los satelites GPS

• Nombre: NAVSTAR

• Fabricante: Rockwell International

• Peso: 900 kg

• Tamano: paneles con 5 metros delargo

• Vida: 7.5 anos

• Construidos: 11 prototipos + 28

• Altitud: 20.200 Km

• Periodo orbital: 12 h

• Num. De planos orbitales: 6

• Satelites por plano: 4

• Numero de satelites: total24, Funcionando 21

Un sistema barato

40 M. de $ por cada satelite + 100 M. de $ por un lanzamiento=el sistema vale mas de 100 B.* de $



Teorıa GPS

¿Como funciona el GPS?

• El GPS es un sistema basado en la distancia.

• Basado en la trilateracion.

• Los satelites transmiten 1 “simple” senal de radio.

• Los receptores son “pasivos”.

• Los receptores miden el tiempo que tarda la senal en llegarlesy calculan la distancia.

• Se necesitan al menos 4 satelites para determinar unaposicion.



Teorıa GPS

¿Por que 4 satelites?

Fuente: Understanding theGPS (1996)

• El GPS requiere medidas muyprecisas.

• A la senal de radio le toma menosde 0,06 seg llegar al suelo.

• Con la velocidad de rotacion de laTierra una diferencia de centesimaspuede suponer un error decentenares de metros.

• Los satelites cuentan con relojes atomicos “super-precisos”.• Los receptores tienen relojes digitales de cuarzo

“super-baratos”.• Hace falta un cuarto satelite para contrastar tiempos.





Teorıa GPS

Precision del GPS





Trabajo con GPS, precision y errores

Fuentes de error del GPS






Refraccion ionosferica

• Hay modelos fısicos que compensan 50-70 % este problema.

• Usando un GPS dual (L1+L2).

• Mask angle. Ignorar los satelites mas afectados.




Multipath

• Puntos con off-set.

• Utilizar dos dispositivos (DGPS)




Anti-spoofing y Selective Availability (AS y SA)

• AS y SA son dos mecanismos de seguridad en conflictosbelicos (para que los enemigos no se sirvan del GPS).

• AS previene que los enemigos confundan enviando sus propiassenales de GPS. Se divide la senal en 2 C/A de uso civil y Pde uso militar.

• SA envıa una senal C/A alterada (para confundir al enemigo).En 1996 el presidente Clinton declaro la Full OperationalCapability (FOC).




Dilution of Precision (DOP)

Es una medida de la geometrıa de las efemerides visibles.




Componentes de la DOP

• GDOP: Disolucion de precision en posicion y estado del reloj.

• PDOP: Disolucion de precision en posicion.

• TDOP: Disolucion de precision en el estado del reloj.

• HDOP: Disolucion de precision en planimetrıa.

• VDOP: Disolucion de precision en altimetrıa.

• RDOP: Disolucion de precision relativa entre dos puntos.




Trabajar con Off-sets




Almanaque GPS

• Los satelites tienen trayectorias predecibles.

• A la posicion de todos los satelites en un momento dado, se lallama efemerides.

• Cada satelite genera un registro de sus efemerides previstas.

• La estacion principal los actualiza periodicamente.

• Tarda unos 12 min en descargarse.

• Pueden encontrarse en Servidores de Internet.

• Validos para varias semanas.




Mission planning• Determinar las condiciones que habra durante el trabajo de

campo.• Escoger el mejor momento para realizar la salida de campo.• Permite escoger el equipo adecuado.

http://www.trimble.com/planningsoftware ts.asp


http://www.trimble.com/planningsoftware_ts.asp



Correccion diferencial (DGPS)

• Necesarios dos dispositivos GPS (uno que actue de baseconocida).

• La “base” y el “rover” deben recibir las mismas efemerides osimilares (proximidad geografica ≤ 300 Km).

• Un software especıfico calcula un factor de correccion con losdatos de la base y corrige los datos del “rover”.

• En Internet se pueden encontrar “bases” que proporcionanficheros RINEX (Receiver INdependent EXchange) pararealizar la correccion con un solo dispositivo.

• Las bases suelen pertenecer a universidades, IGN, empresasfabricantes, dispositivos propios...




Servicios DGPS y AGPS• WAAS (Wide Area Augmentation System) y EGNOS

(European Geostationary Navigation Overlay Service) sonservicios de DGPS locales y gratuitos.

• Los smartphones utilizan el sistema AGPS que emplea antenasde radio, TV, telefonıa... para corregir la posicion.

Fuente: http://www.busse-yachtshop.de


http://www.busse-yachtshop.de/info/egnos-info.html



GPS Asistido (A-GPS)

Fuente: http://gpsresponse.comTaller practico de GPS Benito M. Zaragozı

http://gps\discretionary -response.com/61\discretionary -a-gps.html


Distintos dispositivos de GPS

Escogiendo un dispositivo

• ¿Necesito un GPS profesional o de consumo?

• ¿Para que voy a utilizar el GPS?

• ¿Cuanto estoy dispuesto a gastarme?

• ¿Realmente necesito “ver mapas”?

• ¿Navegacion en carreteras o Off-road?

• ¿Que accesorios voy a necesitar? (cables, antenas,protecciones...)

• ¿Que tipo de baterıa voy a necesitar? (horas, modo de uso...)

• ¿Cuanta memoria hace falta? (para cargar mapas base oguardar registros, tracks...)




Escogiendo un dispositivo

• ¿Que tipo de pantalla necesito?

• ¿Es necesario un interfaz de usuario?

• ¿Que tipo de controles son necesarios? (teclado, pantallatactil, “ruleta”, etc) Tamano y peso.

• ¿Hace falta un software especıfico para descargar los datos?,¿hace falta descargar datos?




¿Un GPS o un Movil/PDA?

En contra de un movil/PDA:

• Fragiles a los golpes.

• Fragiles a condicionesMeteorologicas.

• La baterıa dura poco.

• La precision no esimportante.

En favor:

• Pantalla + grande.

• Acceso a todo tipo de mapas.

• Hardware ampliable.

• Manejables (PC).

• Software extensible.

• Otros (es telefono, tienesjuegos :-) , etc)...




Estacion total fotografica




Trimble GeoXT y GeoXH




Garmin Colorado y Oregon




Software en smartphones




Software en smartphones (II)

Programas Android descritos en el curso

• Oruxmaps - Completo GPS y cartografıa. Todo tipo decartografıa on-line y off-line.

• GPS Status - Estado de los satelites y la posicion de formamuy rapida. Es muy util para enviar la posicion actual a otrosdispositivos (E-mail, SMS, What’s up, etc).

• Brujula - Orientacion y registro de Waypoints.

• Endomondo - Para correr y otros deportes. Plantean retos.

• Waze - Aplicaciones para el trafico en tiempo real...

• c:geo - Geocaching. Descarga toda la info del cache a tusmartphone.


http://www.oruxmaps.com/

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.eclipsim.gpsstatus2&hl=es

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.apksoftware.compass&feature=search_result#?t=W251bGwsMSwxLDEsImNvbS5hcGtzb2Z0d2FyZS5jb21wYXNzIl0.

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.endomondo.android&feature=search_result#?t=W251bGwsMSwxLDEsImNvbS5lbmRvbW9uZG8uYW5kcm9pZCJd

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.waze&feature=related_apps#?t=W251bGwsMSwxLDEwOSwiY29tLndhemUiXQ..

https://play.google.com/store/apps/details?id=cgeo.geocaching&feature=search_result#?t=W251bGwsMSwxLDEsImNnZW8uZ2VvY2FjaGluZyJd



Otros dispositivos y sensores



La informacion geografica en Internet

Orıgenes de la Informacion Geografica Voluntaria (VGI)

• Hasta hace poco la cartografıa era hecha por y para losentendidos (IDEs, cartografıa oficial, estudios privados, etc).

• Una serie de causas explican una nueva tendencia, apoyada enel cambio tecnologico y de negocio.

• Actualmente, todo el mundo hace mapas, pero no tiene porque preocuparse de “nimiedades” (proyeccion, datum,coordenadas, sistemas fısicos de representacion, simbologıa,bases de datos y un largo etc).




Contexto tecnologico de la Web 2.0




Ideologıa VGI

• La ciencia ha sido desarrollada tradicionalmente por lasociedad en general, sin necesitar un tıtulo universitario.

• Existe la controversia de si la Informacion de VGI es fiable ono, pero... ¿son fiables los datos oficiales?? (Caso de lamicrorreserva en el cabo de Santa Pola)

• Utilidad en los sistemas de alerta temprana y gestion decatastrofes.

• ¿Por que la gente hace esto? Es muy facil, util y divertido.




¿Que lo hace tan facil?

• Aparicion de APIs (Google Maps y otros) y portales tematicos(Google Maps y otros).

• Definicion de estandares (pej: GPX) y protocolos (NMEA).

• El trabajo es colectivo, como las abejas (Redes sociales,Panoramio, OSM, etc).

• Facilidad para la creacion de “Mashups” y generacion denegocios de lo mas diversos.




Informacion geografica en la red

Grandes plataformas y “mashups”

• http://espanol.maps.yahoo.com/

• http://maps.google.es/

• http://www.bing.com/maps/

• http://mashupawards.com/winners/

• http://es.wikipedia.org/wiki/Cocentaina

• http://www.goolzoom.com/

• http://ijustmadelove.com/

Infraestructuras de Datos Espaciales (IDE)

• http://www.ign.es/ign/main/index.do

• http://terrasit.gva.es/es


http://espanol.maps.yahoo.com/

http://maps.google.es/

http://www.bing.com/maps/

http://mashupawards.com/winners/

http://es.wikipedia.org/wiki/Cocentaina

http://www.goolzoom.com/

http://ijustmadelove.com/

http://www.ign.es/ign/main/index.do

http://terrasit.gva.es/es



Informacion geografica en la red (II)

Volunteered geographic information (VGI)

• http://www.openstreetmap.org/

• http://wheelmap.org/es

• http://www.panoramio.com/

• http://wikimapia.org/

• http://www.flickr.com/map/

• Google Latitude.

• Riesgos de los metadatos (ver la otra presentacion).


http://www.openstreetmap.org/

http://wheelmap.org/es

http://www.panoramio.com/

http://wikimapia.org/

http://www.flickr.com/map/


Practica basica de captura de datos

Descripcion de la practica

“Pintando las rayas” de una pista deportiva

Nos desplazaremos a una pista deportiva cercana a la clase yrealizaremos la toma de datos para crear cartografıa digital de lapista de futbol sala.

Allı se daran nociones basicas de uso para cada uno de losdispositivos (GeoXT, Garmin Colorado y Garmin 62s). El objetivoes aprender a capturar datos (puntos, lıneas, polıgonos y atributos)con el GPS y validar en el laboratorio los resultados obtenidos(errores, precision, etc).




Objetivos




Usando el Garmin s62

Demasiado tiempo bajo los arboles, junto con un mal DOP...




Garmin Colorado

Aceptable...




Garmin Oregon

Bastante bien ;)




Trimble GeoXT sin correccion diferencial

Buen trabajo!!... y con este equipo aun podrıamos mejorarlo.




DOP geometrico durante la practica

El jueves tuvimos un buen DOP mientras que hacıamos lademostracion del GeoXT. Esto cambio a las 12:20, haciendo quesolo la gente que promediaba los waypoints obtuviera resultadosbastante precisos.



Geocaching

Descripcion de la practica

La busqueda del tesoro

En esta practica se visitara una zona proxima a Cocentaina dentrodel Parque Natural Sierra de Mariola, donde hay un tesoro quequeremos encontrar.

Antes de partir se explicaran las reglas del “geocatching” y algunosaspectos interesantes de esta curiosa aficion. El objetivo de estapractica es encontrar el “geocache” (tesoro). Sin embargo, no hayque olvidarse de disfrutar del paisaje y pensar en buscar nuevossitios que visitar.



Geocaching

El cache a buscar

http://www.geocaching.com/


http://www.geocaching.com/


Geocaching

Vista del Mas de les Serrelles



Geocaching

Area recreativa junto a la que encontramos el Cache



Geocaching

No se perdieron, estaban haciendo geocaching :)

Ruta “campo a traves” (rojo) para alcanzar el tesoro y despuesvuelta por el camino mas comodo (verde).



Geocaching

Ruta de los que encontraron el cache

Ruta comoda (verde) para alcanzar el tesoro y despues vuelta(rojo) por el camino mas comodo.

Me salı un poco del sendero para buscar a los perdidos :D



Open Street Map (OSM)

OSM y nuestra primera “Mapping Party”

http://wiki.openstreetmap.org/wiki/ES:Mapping_parties

Fases de la “mapping party”

1 La parte introductoria. En nuestro caso es importante puesmuchos de vosotros no teneis conocimientos previos sobreGPS o OSM.

2 La salida al campo. Se deciden los grupos, las zonas acartografiar y el tiempo que se va a dedicar.

3 La edicion del mapa. Explicaremos el uso de JOSM comosoftware de edicion cartografica para OSM.

4 El tercer tiempo. Nos vamos a tomarnos una “mentira”(bebida refrescante tıpica de Cocentaina )


http://wiki.openstreetmap.org/wiki/ES:Mapping_parties



Cocentaina en OSM y en Google Maps

http://tools.geofabrik.de/mc/


http://tools.geofabrik.de/mc/



Java Open Street Map

http://josm.openstreetmap.de/


http://josm.openstreetmap.de/



Primera aportacion de Jose Emilio SIG




Trabajo de campo de los 5 grupos




¿Que habeis aprendido sobre nuestra “mini-mappingparty”?

• El funcionamiento basico del sistema GPS y de distintos tiposde receptores.

• Habeis experimentado los errores tıpicos del trabajo de campo(precision, manejo de los dispositivos, organizacion, etc).

• La informacion de interes es mucha, por lo que debeis serrealistas al planear el trabajo.

• El uso del software JOSM para cargar datos propios (GPX,fotos georreferenciadas, etc) y publicos (fotografıas aereas,catastro, etc), editar el mapa de OSM y previsualizar elresultado, con distintos estilos.




Primeros resultados y practicas

Sin miedo

Hace apenas 5 dıas no habıa nada de cartografıa OSM para la zonade Cocentaina. Hoy se pueden ver las primeras calles digitalizadas,lo que da pie a que practiqueis y perfeccioneis vuestra tecnica :)

Vuestra aportacion puede consistir en anadir una calle que noaparece o en editar algun elemento existente. Gracias al trabajo decampo podeis modificar las calles (nombre, sentido de circulacion,pavimento, pendiente, etc), anadir comercios, infraestructuras,etc...




Primeras calles de Cocentaina




Gracias por su atencion!!


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