Metodos de observacion-1

5/11/2018 Metodos de observacion-1 - slidepdf.com

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1X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía – Montevideo, Mayo 2010

Métodos de observación

Jose Antonio Sánchez Sobrino

Instituto Geográfico Nacional



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Clasificación de los métodos de observaciónLa elección del método dependerá fundamentalmente de:

Equipo disponible

Precisión final que se quiere alcanzar Relación de costes (rendimiento)

Clasificación en función de muchas variables:

En función del observable utilizado Código (metros) Código y Fase (centímetros, milímetros)

En función del movimiento del receptor

Estático, receptores no móviles (mayor precisión y tiempo) Cinemático, receptor se desplaza durante la observación

Híbridos, combina los dos anteriores



33


Clasificación de los métodos de observación

En función del tipo de solución

Posicionamiento absoluto: coordenadas de un punto aislado, (X, Y, Z).En general, precisión de metros, excepto PPP.

Posicionamiento relativo o diferencial: coord. de un punto respecto otro,

(∆X, ∆Y, ∆Z).

En general, precisión de mm o cm.

En función de la disponibilidad de la solución

Tiempo Real, cálculo y solución en campo. Post-proceso, cálculo y solución a posteriori, en oficina.



44 4X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía – Montevideo, Mayo 2010

Clasificación de los métodos de observaciónTres grupos principales mezclando los conceptos anteriores:

1.- Navegación autónoma = Posicionamiento Absoluto por código,

empleando sólo un receptor simple. Precisión: 5 – 10 m (sin SA).

Navegación

2.- GPS Diferencial por Código = DGPS, exige corrección (a laspseudodistancias o a las coordenadas). Precisión 0,5 – 5 m.

Navegación costera, adquisición de datos para SIG, inventarios georreferenciados, revisión decartografía de escalas medias (1:10.000, 1:25.000, 1:50.000), agricultura automatizada,

movimienos de maquinaria de obra civil, …

3.- Posicionamiento Diferencial de Fase, Precisión 0,1 m - 5 mm.

Geodesia, Topografía, Geodinámica, control deformaciones, control preciso de maquinaria

automática...


http://slidepdf.com/reader/full/metodos-de-observacion-1 5/5555 5X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía – Montevideo, Mayo 2010

Es la técnica más sencilla empleada por los receptores GPS paraproporcionar instantáneamente al usuario la posición y/o tiempo.

Un único receptor: solución de la intersección de todas las pseudodistanciasde código (C/A) receptor-satélite sobre el lugar de estación.

Precisión nominal: 5 – 10 m (sin SA).

La medida y la solución directas en t real o por solución MMCC.

Posición en coordenadas absolutas y en el sistema de referencia al que estánreferidos los satélites.

Receptores bajo coste: navegación, aplicaciones poca exigencia precisión.

Posicionamiento absoluto con código



Dos receptores (al menos) simultáneamente observando satélites comunes,para establecer las ecuaciones de simples y dobles diferencias.

Uno ha de estar en un punto de coordenadas conocidas o bien asignarleunas aleatorias, pero consideradas fijas.

Se determinan los incrementos de coordenadas.

Ventaja: eliminación de errores, especialmente el retardo ionosférico ytroposférico, si consideramos de la misma magnitud en el mismo instante deobservación en puntos no muy alejados.

Combinaciones en f del observable, movimiento o no de los receptores, etc.

Posicionamiento relativo o diferencial



Estación Base

Vector diferencia entrePosición verdadera yposición GPS

Posiciónverdadera(conocida)

Posición

verdadera(corregida)

Posición GPS

Móvil

PosiciónGPSVector diferencialobtenido en laEstación Base yaplicado a laposición del Móvil

Posicionamiento diferencial: fundamento



Prácticamente se eliminan:

Errores de reloj SV

Error orbitalSA (antes)

Se disminuyen considerablemente:

Efecto de la ionosfera

Efecto de la troposfera

Se mantiene:

Multipath (código mucho mayor)

Ruido del receptor



Posicionamiento diferencial: clasificación Según tipo de corrección aplicada:

- Pseudodistancias

- Coordenadas

Según el proceso:

- Directa

- Inversa

Según disponibilidad o no instantánea:

- Post-proceso

- Tiempo real (RTK)

Según observable:

- Código (tradicionalmente DGPS)- Código y Fase

- Transmisión de diferencia de fase (RTK)

(En general, combinación de varias)



Corrección de pseudodistancia

La "estación base" genera una corrección para cada una de las pseudodistanciasobservadas (PRC - Pseudo Range Correction) y su variación con el tiempo (RRCRange Rate Correction), época a época, para los satélites observados.

El equipo móvil aplica estas correcciones sobre los satélites que esté utilizando paracalcular su posición. Este es el método más correcto.

Corrección por posición

Se calcula la diferencia de latitud, longitud y altura elipsoidal en la "estación base"para aplicársela al móvil.

Es el método más sencillo pero inconveniente de que sólo si en la base y el el móvil seusan los mismos satélites (constelación idéntica) puede considerarse correcta.

Corrección diferencial inversa

Se suele aplicar en control de flotas.

Los datos recogidos por los móviles se envían a un centro de control que dispone decorrecciones diferenciales y las aplica a todos ellos obteniendo su posición corregida.

En este tipo de tecnología el móvil suele desconocer su posición corregida.



Corrección en post-proceso

Puntoconocido

Punto alevantar



Punto

conocido

Corrección en tiempo real

Punto a determinar



Dos grandes grupos: con código y con fase (mayor o menor precisión).

Posicionamiento relativo o diferencial con código (DGPS)

Resolviendo sistemas en simples diferencias de código, donde lasincógnitas son las coordenadas de los puntos y estado de reloj de receptores.

Los resultados obtenidos con este método de posicionamiento sonsatisfactorios incluso con distancias mayores de 200 Km.

Posicionamiento diferencial: DGPS

Las aplicaciones más comunes del DGPS con código son:

Navegación de precisión.

Levantamientos y apoyo para cartografías de escalas menores de 1/25000.

Confección y actualización de sistemas de información geográfica. Todo trabajo en general que no requiera precisiones > 1-2 m.



Posición del receptor móvil B en relación

con el receptor referencia A.

Las coordenadas de la estación de

referencia A son conocidas.

Se recogen datos de 4 o más satélites en

ambos receptores.

Elimina el error de los satélites y los

receptores.

Minimiza los retardos atmosféricos.

Precisión 5 mm + 1 ppm con fase.Post-proceso ó Tiempo real, Estático o

Cinemático.

Baselinea o V ect or GP S

B B AA

Posicionamiento relativo o diferencial con fase



- Método Estático

Método clásico para grandes distancias y el que ofrece mayor precisión:5mm + 1ppm en la longitud de la baselinea o vector GPS

Medida baselinea a baselinea con observaciones de una o más horas,cerrando figuras geométricas y posterior ajuste MMCC.

El tiempo de observación es proporcional a la longitud de la línea

Aplicaciones

Controles Geodésicos en zonas amplias

Redes Nacionales o Continentales

Movimientos Tectónicos - GeodinámicaAjustes de redes de la máxima precisión

Redes topográficas

Bases de replanteo para obra civil



- Método Estático Rápido

Observación en periodos cortos de tiempo (minutos)

Longitud máxima de baselinea: 20 - 25 Km.

Algoritmos simplificados de resolución de la ambigüedad inicial (FARA).

Precisión 10-30 mm +1ppm

Aplicaciones

Levantamientos de Control, Inventarios, GIS, levantamientos de detalle.

Reemplaza a las poligonales y las pequeñas triangulaciones locales.

Ventajas: Rapidez, facilidad, eficiencia.

Ideal para pequeñas distancias

Con el RTK, ha perdido uso.




Se disminuyen los intervalos de medida que se usan en el estático (de 15, 20o 30 segundos se suele pasar a 1 o 3 segundos).

La ventaja del método es que es sencillo, rápido y preciso.

No requiere mantener el contacto con los satélites entre estaciones: idealpara redes o levantamientos en pequeñas distancias.

Dos modalidades a su vez dentro de este:

a) Modo estático rápido ocupando sólo una estación.b) Modo estático rápido reocupando una segunda estación al cabo de más omenos una hora.

En el modo a) se requieren técnicas rápidas de resolución de ambigüedades.

Tiempos de observación de unos 5-10 minutos.




Estático Rápido

Paso 1

Estacionar receptor referencia en la estación “BASE” de

coordenadas conocidasInstalar una nueva estación “Ref2” con otro receptor.

BASERef2

4

3

Ref3

2 1

67

5




Paso 2

Usar las estaciones “BASE” y “Ref2” como Estaciones de Referencia

Con un tercer receptor estacionar en los puntos 1,2,3 y 4.

BASERef2

4

3

2

1

Ref3

6 75




Paso 3

Cuando se llega al límite de distancia del método se cambian lasreferencias

Estacionar el receptor referencia en un punto ya levantado: “4”

Establecer una nueva estación “Ref3” con un receptor móvil

BASERef2

Ref3

4

3

2 1

7 6

5




Paso 4

Usar las estaciones “4” y “Ref3” como Estaciones Referencia

Con la tercera unidad, levantar las estaciones 3, 5, 6 y 7

BASERef2

Ref3

7 6

5

4

3

21




- Método "Stop and Go" o semicinemático

Resolución de ambigüedades inicial en el punto (de coordenadasconocidas o no), y a partir de ahí, nos movemos al resto.

El procedimiento se mantendrá hasta completar el trabajo o hasta sufriruna pérdida de señal que obligue a inicializar otra vez.

Precisión del método: 1 - 5 cm. (dependiendo L1 o L1&L2 y distancia).

La medición cinemática puede ser entendida como "la transferenciade ambigüedades de una estación a otra".




Stop and Go (Parar y Seguir)Paso 1: Modo Stop

Antes de empezar hay que resolver la ambigüedadinicial

Existen tres variantes para resolverla:

Inicialización Estática

Inicialización en un punto conocido, inicializador

Antena Swap Inicialización Estáticadel receptor móvil = Resolución de

Ambigüedad Inicial enPostproceso

Estación Referencia




Stop & Go

Paso 2: Modo Go

Una vez se han recogido suficientes datos para

resolver las ambigüedades, se puede empezar amover el receptor sin desconectarlo

Receptor móvil Inicializado Estación Referencia




1

2

3

4 5 Desarrollo: Modo Go

Resueltas las ambigüedades se comienza a visitar

los puntos a levantarSe tiene que mantener el seguimiento continuo de almenos 4 satélites

Cada punto requiere sólo una época

Si se pierde el seguimiento hay que volver areinicializar

Stop and Go

• Aplicaciones

– Levantamientos de Detalleen áreas abiertas

Estación Referencia

Receptor móvil

Inicialización




Antes de empezar hay que resolver la ambigüedad inicial:

- Inicialización Estática, en un punto cualquiera con una pequeñaobservación estática.

- Inicialización en un punto conocido, inicializador, de menor periodo detiempo.

-Cambio de antena (antenna swapping):

- Se sitúan dos receptores en dos estaciones cercanas.- Una estación es de coordenadas conocidas, puesto (estación de referencia).- La segunda se selecciona arbitrariamente.- Se observan datos comunes aproximadamente un minuto.- Después se intercambian las antenas, manteniendo la fijación de fase de lossatélites observados y nuevamente se recolectan datos durante un minuto.

La mayoría de los fabricantes incluyen estos tres posibles métodos deinicialización.




Eficiente en áreas abiertas, donde no se espere pérdida de señal.

En caso de pérdida de señal, nueva inicialización, el receptor móviltiene que volver a la última marca coordenada de la medición.

Es esencial que en tal caso, el receptor avise de la pérdida de señal.

Este método ha perdido validez y uso por el RTK, con más versatilidaden el funcionamiento y rendimiento superior en topografía.




- Cinemático normal

Paso 1: Modo Stop

Inicialización estática del receptor móvil

InicializaciónBaselinea conocida, inicializador

Swap de antenas




2 3 : 1

0 : 2

2

2 3 : 1

0 : 2

4

2 3 : 1

0 : 2

6

2 3 : 1

0 : 2

7

2 3 : 1

0 : 2

8

2 3 : 1

0 : 3

0

2 3 : 1

0 : 1

2

2 3 : 1

0 : 1

4

2 3 : 1

0 : 1

6

2 3 : 1

0 : 1

8

2 3 : 1

0 : 2

0

2 3 : 1

0 : 1

4

2 3 : 1

0 : 1

6

2 3 : 1

0 : 1

8

2 3 : 1

0 : 2

0

2 3 : 1

0 : 2

2

2 3 : 1

0 : 2

4

2 3 : 1

0 : 2

6

2 3 : 1

0 : 2

7

2 3 : 1

0 : 2

8

2 3 : 1

0 : 3

0

2 3 : 1

0 : 1

2

2 3 : 1

0 : 1

4

2 3 : 1

0 : 1

6

2 3 : 1

0 : 1

8

2 3 : 1

0 : 2

0

2 3 : 1

0 : 1

2

2 3 : 1

0 : 1

4

2 3 : 1

0 : 1

6

2 3 : 1

0 : 1

8

2 3 : 1

0 : 2

0

Paso 2: Modo Movimiento

Una vez hay suficientes datos para resolver ambigüedades, elreceptor se puede mover

Mantener seguimiento al menos a 4 satélites

El receptor móvil registra datos con un intervalo especificado

Si hay pérdida de seguimiento, hay que volver a reinicializar




Levantamiento continuo

Requiere planeamiento minucioso para evitar obstáculos a

los satélitesHay que mantener seguimiento continuo a 4 satélites

Apto para

áreas abiertas y despejadas de vegetación

trabajos no críticos

Necesita inicialización del equipo móvil

5-10 minutos parado para resolver posteriormenteambigüedades en postproceso




- Cinemático en Tiempo Real (RTK).

Mayor eficacia, versatilidad, precisión y rendimiento para todo tipo detrabajos de topografía.

Es una forma de obtener los resultados una vez procesadas lasobservaciones en tiempo real.

El cálculo se realiza de forma inmediata a la recepción de las observacionespor la unidad de control, obteniendo las coordenadas en t real.

Transmisión de las diferencias de fase de un receptor a otro en t real através de radio-modem.




Permite edición de datos de un levantamiento en campo, replanteo, y labores en lasque sea necesario el conocimiento de las coordenadas de los puntos en tiempo real.

Inconveniente: limitación de los radio-modem de emisión y transmisión de datos:licencias de frecuencias y potencias de señal permitidas. Un equipo de 0.5 W,(permitido por las autoridades), está limitado (7-8 Km con intervisibilidad).




Ejemplo de RTK para control de obra civil: Monitorización continuade la presa de La Aceña




- 2 estaciones sobre coronación de presa- 1 estación de control (fija)

- Transmisión de datos vía radio a centro de proceso “in situ”




Software de control y sistema dealarmas en tiempo real

“Estabilización” durante unas

horas para tomar posición dereferencia

Filtro de Kalman para predecir

posiciones y suavizar la evolución

Componentes (N,E,h) respecto aposición de referencia










Tiempos de observación

Longitud

Línea

Número de

Satélites

GDOP Tiempo

Observación

Precisión

20 - 50 Km.

50 - 100 Km.

> 100 Km.

2 - 3 hr.

min. 3 hr.

min. 4 hr.

5 mm + 1ppm

5 mm + 1ppm

5 mm + 1ppm

Estático (depende mucho del software de post-proceso)

> =

4

4

4

> =

> = 6

6

6

< =

< =

< =

• Estático-Rápido

Longitud

Línea

Número de

Satélites

GDOP Tiempo

Observación

Precisión

0 - 5 Km.

5 - 10 Km.

10 - 20 Km.

5 - 10 min.

10 - 15 min.

10 - 30 min.

5 - 10 mm + 1ppm

5 - 10 mm + 1ppm

5 - 10 mm + 1ppm > =

4

4

4

> =

> = 5

5

5

< =

< =

< =




• Stop and Go

– Para fijar las ambigüedades se realiza con un estático rápido. Si es conpunto conocido, se inicializa con pocos segundos.

• Cinemático

– Para fijar las ambigüedades se realiza con un estático rápido. Ellevantamiento se realiza en movimiento.

Intervalos de toma de datos

Método

Estático

Estático-Rápido

Stop and Go

Cinemático, OTF

5 - 30 seg.

3 -5 seg.

1 - 5 seg.

1 seg. o más

Intervalos típicos

Depende del t de obs.




PrecisionesCARACTERÍSTICAS DE LOS MÉTODOS DE TRABAJO CON GPS

Mét odo Núm. mín.Satéls

Tiempo de observación

Precisión típica Otras característica

Estático 4 De minutos a horas 5 mm + 1 ppm Límite 15 Km para unafrecuencia. Sin límite con

dos

E s t á t i c o -

Rápido

4 5-20 minutos 1cm + 1 ppm

Cinemático 4 2 épocas 2 cm + 2 ppm L í m i t e 1 5 K m .Reinicialización si hay

pérdida de señal

Cinemático

en tiempo

real RTK

4 2 épocas 2 cm + 2 ppm Límite 10 Km. Enlace por

radio. Reinicialización si hay

pérdida de señalDiferencial

DGPS

2D: 3

3D: 4

1 posición/segundo Asistido de fase: < 1m

Sin fase: 1-4 m

Recepción de correcciones

diferenciales o postprocesoAutónomo 1D: 2

2D: 3

3D: 4

1 posición/segundo Con SA: 100 m

Sin SA: 4-10 m

Sólo se necesita un receptor







Metodología y aplicaciónTIPO DE APLICACIÓN DEL GPS

Levantamientos de Control

Levantamientos Topográficos

Replanteos

Posicionamiento rápido de precisión

Levantamientos para SIG

Navegación

MÉTODO DE TRABAJOGPS Estático

GPS Estático-Rápido

GPS Cinemático

GPS Cinemático en tiempo realGPS Diferencial

GPS AutónomoAplicación de uso principal del procedimiento

Procedimiento auxiliar o de apoyo para la aplicación




Servicios DGPSServicios públicos de posicionamiento DGPS a través de la emisión decorrecciones diferenciales de estaciones permanentes GPS por diferentesmedios.

• redes WADGPS de satélites.

• correcciones de redes locales.

-WADGPS: WAASWADGPS (Wide Area Differential GPS):correcciones diferenciales a losusuarios a partir de satélites

geoestacionarios.Las correcciones troposféricas eionosféricas se transmiten en formade parámetros de corrección.




EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service)




El sistema EGNOS proporciona las siguientes funciones, que constituyenlas aumentaciones requeridas para complementar las prestaciones de laconstelación GPS/GLONASS:

• Telemetría / GEO Ranging (R-GEO): Transmisión de señales GPS desdetres satélites geoestacionarios (INMARSAT III AOR-E, INMARSAT III IOR y elARTEMIS). Al aumentar el número de satélites de navegación, aumenta ladisponibilidad, continuidad y precisión.

• Integridad / GNSS Integrity Channel (GIC): Distribución de información deintegridad. Esto aumenta la integridad del servicio de seguridadGPS/GLONASS/EGNOS de navegación hasta el nivel requerido para laaviación civil (no precisión).

• Precisión / Wide Area Differential (WAD): Distribución de correccionesdiferenciales. Esto incrementa la exactitud del servicioGPS/GLONASS/EGNOS de navegación y las prestaciones en general hastaalcanzar el nivel exigido para aproximaciones de categoría I.

Sistemas similares en USA (WAAS).




- Correcciones de redes locales (LAAS)Mensajes RTCM 2.x

RTCM: formato estandarizado desde 1985, de acuerdo a la RadioTechnical Commission for Maritime Services, Comité 104 para la

transmisión de correcciones diferenciales GPS.

64 tipos de mensajes disponibles, aunque la mayoría aún no definidos.Se definirán, por ej., para satélites geoestacionarios, GALILEO, etc.

- La versión 2.0 incluye mensajes para hacer posible lacorrección a las pseudodistancias y variación con el tiempo ala corrección de éstas.

- La versión 2.1 en adelante contiene además tipos para las

correcciones a las medidas de fase.

- Actualmente, versión 3.x, más compleja y más mensajes(rejilla de transformación, modelo de geoide...)







Correcciones diferenciales GPS en el IGN

1. DGPS (de código) sobre radio analógica (RDS): proyecto RECORD.

RECORD (Red Española de CORrecciones Diferenciales): difusión de

correcciones DGPS a través de la subportadora no audible RDS (Radio DataSystem) de las emisoras RNE.

La corrección diferencial GPS de código se dispone en formato RTCM 2.1.

Compresión formato RASANT (Radio Aided Sat. Navigation Technique).

En este formato se envía a RNE y lo incorpora a la señal FM.

Un receptor FM/RDS/RASANT descomprime y proporciona las correcciones

originales RTCM integrables en la gran mayoría de receptores GPS.




Las correcciones diferenciales en formato RTCM se generan y comprimen enel IGN, donde son enviadas a RNE.

En RNE se integran en el servidor RDS encargado de transmitir y mezclarlas distintas tramas RDS.

Desde RNE se inyectan en Hispasat y se difunden a los centros emisores.

Las distintas emisoras FM difunden las correcciones diferenciales que

reciben de Hispasat.




2. DGPS sobre Internet: proyecto EUREF-IP.

(http://igs.ifag.de/euref_realtime.htm)

Las aplicaciones DGPS sobre Internet, aunque requieren un flujo continuode datos, no necesitan un ancho de banda muy grande.

Proyecto EUREF-IP: transmisión de datos brutos GPS y correccionesdiferenciales de código y fase en formato RTCM.

La recepción de correcciones diferenciales se realiza a través de cualquierequipo con acceso a Internet: ordenador, PDA con GPRS, etc.

El ancho de banda requerido para aplicaciones de código se cifra en unos50 bytes/segundo mientras que en fase (RTK) unos 500 bytes/segundo.

Posicionamiento preciso y navegación RTCM con mensajes 1-2 para DGPS

y 18/19 o 20/21 para RTK.

NTRIP es la tecnología para transferir datos GNSS (por ejemplocorrecciones RTCM) mediante redes de Internet o de telefonía móvil.




Proyectos de redes GNSS de las CCAA

Instalación de redes de estaciones permanentes GNSS CCAA.

Propósitos: RTK (Internet y radio-modem), servidor RINEX, DGPS, etc.

Correcciones con solución de red: mensaje NMEA a servidor yemisión de correcciones para el usuario de VRS baselínea 0.

Correcciones de estaciones individuales: el usuario selecciona lamás cercana a su posición y se conecta con el CASTER.







Correcciones con solución de red (VRS)

El servidor recibe los datos de lasestaciones para crear un modelizado

eliminando errores (inosféricos,troposféricos...) y un análisis multipath entiempo real de cada una de las estaciones.

El receptor usuario envía su posiciónaproximada al centro de control medianteun mensaje GGA (disponible en la mayoría

de los receptores del mercado).

Se realiza utilizando una comunicaciónbidireccional como GPRS o UMTS/3G.




El centro de control acepta la posicióny responde generando correccionesRTCM al receptor usuario a través de un

puerto lógico (Internet).

El usuario calcula una posición DGPS(precisión de 1 m) que servirá para

actualizar su posición y enviarla de nuevoal centro de control, lo que asegura quelas distorsiones sean prácticamenteiguales.




Creación de datos de estacionesde referencia “virtuales” (VRS).

Es posible alcanzar el rendimientoen mediciones RTK dentro de la red.

Precisión horizontal de 1-2 cm.

cuando las distancias entre lasestaciones de ref. son de 50 a 70 km.

Esta distancia depende de las

propias características de la zona,(en zonas con alta actividadionosférica necesitaría una mayordensidad de estaciones la red).

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