Topografía y entrada manual de coordenadas

En topografía se utilizan mediciones de ángulos y distancias a puntos conocidos para determinar la posición de otros puntos.

Los datos de campo topográficos se guardan casi siempre como coordenadas polares y se transforman después a coordenadas rectangulares. Las coordenadas polares se componen de:
una distancia medida
un ángulo medido en el sentido de las agujas del reloj desde el Norte

Sistema de Posicionamiento Global (GPS)

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un conjunto de hardware y software diseñados para determinar localizaciones precisas sobre la superficie terrestre utilizando señales procedentes de una serie de satélites seleccionados. Los datos de posicionamiento y los atributos asociados pueden ser posteriormente transferidos a un mapa en un Sistema de Información Geográfica (SIG). El GPS recoge puntos individuales, líneas y superficies combinados de cualquier manera que son necesarios en un proyecto cartográfico o de SIG. Mucho más importante, con un GPS se pueden crear complejos diccionarios de datos con el fin de recoger datos de mayor precisión. Esto hace que el GPS sea una herramienta muy eficaz para tomar de forma simultánea datos espaciales y atributos temáticos para su uso en el SIG. El GPS es también una herramienta para registrar puntos de control a la hora de georeferenciar un mapa base cuando no se dispone de éstos.

El GPS trabaja midiendo las distancias desde múltiples satélites que están orbitando alrededor de la Tierra para registrar las coordenadas x, y, z de la posición de un receptor GPS.

Actualmente están disponibles para los usuarios los siguientes tipos de equipos GPS:
Pequeñas unidades portátiles
Unidades en relojes de pulsera a modo de James Bond
Sistemas de navegación en coches
Unidades en mochilas
Sistemas en aviones y barcos
Unidades montadas en cinturones que pueden conectar directamente con ordenadores portátiles que almacenen bases de datos SIG
Unidades instaladas en teléfonos móviles

utilidades del GPS

El GPS se puede utilizar en la georeferenciación, el posicionamiento, la navegación, y en el control del tiempo y la frecuencia. El uso del GPS se está extendiendo como fuente de datos en los SIG, sobre todo para ubicar de forma precisa los datos geográficos y recoger series de datos en campo.

el sistema

El hardware está formado por tres elementos: la antena, el receptor, y el datalogger, conocido a veces como recolector de datos.

El datalogger es un ordenador portátil dotado de un software que coordina y almacena el conjunto de señales recibidas, manipula los archivos, y los transfiere a otro ordenador. Algunos sistemas pueden combinar algunos de estos elementos en un único componente de hardware.

El software, que generalmente reside en el ordenador, tiene cuatro funciones principales: preplanificación, corrección post-procesado de los datos de los satélites en bruto recibidos, visualización/edición de los datos, y conversión/exportación de los datos. La preplanificación incluye el análisis de la disponibilidad de satélites en un lugar y momento concreto, y la preparación de los diccionarios de datos en un trabajo concreto. La corrección implica la utilización del archivo procedente de una estación base para corregir los datos sin depurar procedentes de los satélites, muy poco precisos.

La edición y visualización puede incluir el promedio de puntos, la conexión de puntos para formar líneas o polígonos, el suavizado, la medición de distancias y áreas, y la visualización de los datos en la pantalla. Los programas de software GPS no se deben entender como programas para hacer mapas y por norma general la edición final de los datos tendrá lugar en un programa SIG.

La conversión y exportación de datos incluye la capacidad de convertir las coordenadas esféricas expresadas como Latitud/Longitud (Lat/Long), que recoge el receptor, en distintos sistemas de coordenadas y datums, y exportarlos después en diversos formatos compatibles con diferentes SIG.

los satélites

Para localizar la posición del receptor GPS se utilizan las distancias y posiciones conocidas de cada satélite visible. Una vez que conocemos la posición de un satélite, nuestra posición puede encontrarse en cualquier lugar en el interior de una esfera imaginaria alrededor del mismo. Si conocemos las distancias a dos satélites, entonces nuestra posición se incluye en un círculo resultado de la intersección de dos esferas. Si conocemos las distancias a tres satélites, nuestra posible ubicación se reduce a dos puntos que son intersección de tres esferas. Podríamos eliminar uno de estos puntos por ser una solución absurda, por ejemplo, por encontrarse lejos de la Tierra o en altitudes negativas, bajo tierra. Si uno es improbable, el otro será el correcto. Al menos teóricamente, para proporcionar localizaciones al receptor es suficiente con tres satélites. Un mayor número de satélites proporciona mayor certeza al receptor. En la práctica, cuanto mayor sea el número de satélites mejor. Para lograr una localización trigonométricamente libre de ambigüedades, se necesita un mínimo de cuatro satélites. En la práctica podemos trabajar con tres si somos capaces de eliminar localizaciones absurdas.

Para determinar la posición en las tres dimensiones y la temporal se pueden utilizar cuatro satélites (navegación normal). No obstante, los errores de los usuarios, como la selección incorrecta del datum geodésico, pueden ocasionar errores de entre 1 y cientos de metros. También pueden causar errores de diversa magnitud los procedentes del software del receptor o los fallos del hardware.

Las señales de los satélites del GPS se bloquean por la mayoría de los materiales. Estas señales no atravesarán edificios, metales, montañas o árboles. Las hojas y el dosel arbóreo pueden atenuar las señales del GPS hasta hacerlas inútiles. En aquellas situaciones donde al menos las señales de cuatro satélites con una buena geometría no pueden ser seguidos con suficiente precisión, el GPS es inútil. La planificación con el software puede prever una buena cobertura de satélites en un período concreto, pero el terreno, los edificios, u otras construcciones podrían impedir el seguimiento de los satélites necesarios.

Los satélites GPS orbitan la Tierra dos veces al día, a una distancia de 10.900 millas. La constelación GPS está formada por 24 satélites. De ellos 21 se pueden consultar en cualquier momento, los tres restantes están disponibles en el caso de que uno de los otros se dañe.

Hay cinco o seis satélites que son visibles (por ondas de radio) desde cualquier punto de la tierra en todo momento. Edificios, colinas, árboles, y otros elementos del suelo, pueden bloquear en un momento dado a uno o más de ellos, o en ocasiones uno o dos de los satélites pueden no ser idóneos. Estos problemas podrían reducir el número de satélites útiles en una posición a dos, e incluso uno, pero por lo general hay disponibles tres o cuatro. Con frecuencia son cinco o seis los visibles.

Se conoce la localización en el espacio de cada satélite. Las órbitas se planifican cuidadosamente y son actualizadas constantemente de forma que no transcurre demasiado tiempo sin proporcionar cobertura. Cada satélite informa constantemente de su número, y del momento en que se envió la señal.

La distancia de cada satélite al receptor se calcula comparando el tiempo desde que la señal se envió con el tiempo que recoge el receptor. La diferencia en los tiempos se multiplica por la velocidad de la luz para cubrir la distancia entre el satélite y el receptor. Esto se hace para cada satélite que el receptor detecta.

El Gobierno de los Estados Unidos ha “apagado” la Disponibilidad Selectiva (SA, Selective Availability) para los usuarios públicos del GPS. Esto significa que los errores que se introdujeron previamente de forma deliberada en la señal GPS han sido eliminados, e incluso pequeñas unidades portátiles de mano pueden conseguir precisiones de 10 metros.

El GPS Diferencial (DGPS)

La idea que subyace al posicionamiento diferencial es corregir los errores de sesgo de una localización mediante errores de sesgo medidos en posiciones conocidas. Un receptor de referencia, o estación base, lleva a cabo las correcciones de cada señal para todos los satélites visibles (ver Figura 1). Los GPS diferenciales toman medidas desde dos estaciones, de una de las cuales se conocen sus coordenadas. La corrección de los valores se puede utilizar entonces para calcular la posición exacta de los puntos desconocidos desde el receptor móvil. De esta forma es posible calcular la posición exacta de estaciones de control topográficas sobre el terreno o de objetos móviles como los barcos.