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Sesión 11: Captura de datos, procesamiento y análisis: GPS – PDA en cartografía censal “Sistema de Posicionamiento Global (GPS): Conceptos, Funcionamiento, Evolución y Aplicaciones”
Autor: Gina Ghio M. Ingeniero Civil en Geografía Coordinador SELPER Chile Santiago, Chile
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SISTEMAS GLOBALES DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE (GNSS) Constelación de satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre. Estos permiten determinar las coordenadas de un punto dado como resultado de la recepción de señales provenientes de constelaciones de satélites artificiales de la Tierra para fines de navegación, transporte, geodésicos, hidrográficos, agrícolas, y otras actividades afines.
La navegación por satélite se basa en el cálculo de una posición midiendo las distancias de un mínimo de tres satélites de posición conocida. En la práctica, un receptor capta las señales de sincronización emitida por los satélites que contiene la posición del satélite y el tiempo exacto en que esta fue transmitida. La posición del satélite se transmite en un mensaje de datos que se superpone en un código que sirve como referencia de la sincronización.
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OBJETIVO CONOCER LA TECNOLOGIA GPS, SUS APLICACIONES Y ENTREGAR METODOLOGÍAS DE SIG/GPS COMO ORIENTACIÓN PARA USO EN ACTUALIZACIÓN CARTOGRAFICA
CONTENIDOS •CONCEPTOS BASICOS SISTEMAS GLOVALES DE NAVEGACIÓN POR SATELITE (GNSS) •RECEPTORES GPS •PLANIFICACIÓN DE MEDICIONES CON RECEPTORES GPS •APLICACIONES DE SEGMENTACION DINAMICA GPS/SIG
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EVOLUCIÓN SISTEMAS GLOBALES DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE (GNSS) AÑO
SISTEMA
ORGANIZACIÓN/PAÍS
Nº SATÉLITES
CARACTERÍSTICAS
1967
TRANSIT
Armada Estados Unidos
6
P = 120 kg altura orbital = 1.100 km
1978 1995 (capacidad total)
NAVSTAR-GPS (Navigation System and Ranging).
Departamento de Defensa Estados Unidos
27 (24 operativos, 3 respaldo)
P = 900 kg altura orbital = 20.200 km
1982 1996 (capacidad total)
GLONASS (Global Navigation Sputnik System)
Federación Rusa
24 (21 operativos, 3 respaldo) 19 operativos (24 cob. mundial)
2005 20011 (operativo)
GALILEO
Unión Europea
BEIDOU
China (sistema de navegación propio en fase de proyecto)
30
P = 1.400 kg (1º generación) P = 700 kg (3º generación) altura orbital = 19.100 km
P = 700 kg altura orbital = 23.616 km
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Estructura del Sistema GPS Constelación NAVSTAR-GPS
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El sistema GPS se compone principalmente de tres partes o segmentos: •Segmento Espacial •Segmento de Control •Segmento de Usuario
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SEGMENTO DE CONTROL: Esta sección está compuesta por las estaciones terrestres de monitoreo distribuidas alrededor del mundo. Estas estaciones monitorean la trayectoria de cada satélite, esta información es recopilada y enviada al Centro de Operaciones Satelitales de E.E.U.U. Mediante esta serie de estaciones se realiza el cálculo y corrección de los relojes de los satélites y de las efemérides. Se analiza la información y se determinan las correcciones en los parámetros orbitales.
Las estaciones de monitoreo están ubicadas en : 1.- Colorado Springs. 2.- Ascención. 3.- Diego García. 4.- Kwajailen. 5.- Hawaii.
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• Las estaciones monitoras reciben las señales de los satélites y calculan la órbita exacta. Los errores existentes en la información orbital de cada satélite (ephemeris data) son calculados y la información corregida es enviada a cada satélite.
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SEGMENTO DE USUARIO: Este segmento lo conforman la totalidad de usuarios del sistema y los receptores GPS. Recibe las señales que envían los satélites y las utiliza para determinar la posición del punto o móvil. Empleando las señales de cuatro satélites un receptor GPS puede calcular la posición en el espacio tridimensional (X, Y, Z) y el tiempo (UTC*) La aplicación principal del sistema GPS es la navegación en tres dimensiones (X, Y, Z).
*UTC: Tiempo Universal Coordinado Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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Segmento Espacial 27 Satélites 20,200 Km Orbita
Segmento Control Estación Monitoreo Colorado Springs Diego García Isla Ascensión Kwajalein Hawaii
USCG
Segmento Usuario
Estación Master de Control
Antenas Terrestres Diego García Isla Ascensión Kwajalein
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MENSAJE GPS: Los satélites GPS transmiten información en dos frecuencias portadoras (señales de ruido pseudo-aleatorio) de banda ancha. L1 = 1575,42 MHz (1,57 GHz) transmite la señal de navegación y el código L2 = 1227,60 MHz (1,23 GHz) empleada para compensar las variaciones producidas por cambios en las condiciones de propagación en la ionosfera en receptores
Estas portadoras contienen el mensaje GPS compuesto por: a )Efemérides (posición de cada satélite) b) Almanaque (conjunto de datos para predecir las órbitas) c) Observable (códigos y fases o frecuencias portadoras) d) Funcionamiento e) Valor de Precisión de la distancia de usuario (URA)/ Disponibilidad selectiva (SA) Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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c) Observable: Tiene relación con la información medible del mensaje satelital, que es utilizada para determinar la posición del receptor. La información medible es “código” y “fase”. La señal incluye dos códigos pseudo aleatorio (PRN): “navegación y posicionamiento con precisión métrica” Código C/A (Coarse Acquisition) Modula la señal L1 Aplicaciones: navegación y cartografía Código P (Y) (Precise) Modula las señales L1 y L2 Aplicaciones: apoyo en trabajos topográficos
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L1 1575.42 MHz 19cm
Frecuencia Portadora Longitud de onda Modulación del Código
C/A P NAVDATA
C/A P NAVDATA
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L2 1227.6 MHz 24cm P NAVDATA
- Código de adquisición gruesa. - Código Preciso (Actualmente Código Y). - Estado de los Satélites & offset del reloj, y parámetros de las efemérides,
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VALOR DE PRECISION DE LA DISTANCIA DE USUARIO (URA): Valor estadístico que predice la precisión de las mediciones desde un satélite específico. Si el URA es mayor que 30 implica que se ha activado la Disponibilidad Selectiva (SA) en ese satélite. La SA es una degradación artificial de la señal ocasionada por el Depto. de Defensa induciendo un error en un rango de 30 a 100 metros.
la dependencia cada vez mayor del GPS por parte de la población civil hizo que la Disponibilidad Selectiva fuese eliminada el 2 de Mayo de 2000. Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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MODOS DE POSICIONAMIENTO
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Para la determinación de posiciones sobre la superficie de la tierra se tienen dos formas de posicionamiento:
•Autónomo •Diferencial La diferencia fundamental es la precisión y su aplicación dependerá de las necesidades y objetivos del usuario.
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FORMA AUTONOMA: Proceso para obtener coordenadas en modo de posicionamiento autónomo: 1. 2. 3. 4. 5.
Trilateración desde satélites Distancia hacia los satélites Precisión en el tiempo Posición de los satélites Corrección de errores
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1. TRILATERACIÓN DESDE SATÉLITES: La coordenada exacta de un punto sobre la tierra se calcula midiendo la distancia desde un grupo de satélites hacia la posición de la antena. Asumiendo que la distancia hacia un satélite es conocida, la posición de la antena puede estar sobre cualquier punto sobre la superficie de la esfera generada.
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Si se incorpora la distancia hacia un segundo satélite se generan dos esferas cuya intersección genera un circulo. La posición de la antena estará en algún punto sobre este círculo. Si se incorpora la distancia a un tercer satélite, la esfera generada se intercepta sobre dos puntos en el círculo. Uno de éstos es una posición degradada producida por una respuesta indeseada. Se necesitan 4 satélites como mínimo para determinar la solución de las cuatro incógnitas: •coordenadas X, Y , Z •Tiempo.
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2.DISTANCIA HACIA LOS SATÉLITES La distancia desde un satélite a la antena del receptor es establecida midiendo el tiempo de viaje de la señal de radio desde el satélite al receptor. Tanto el satélite como el receptor generan un código PRN, idénticos y sincronizados entre si. Así, el receptor compara el código recibido con el generado determinando la diferencia de tiempo entre las partes iguales del código. Esta diferencia es multiplicada por la velocidad de la luz para determinar la distancia. La precisión de la distancia depende del código del que se derive: C/A - P
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3.PRECISION EN EL TIEMPO Los cálculos dependen de cuan precisos sean los relojes Satélites: relojes de cesio, atómicos, altamente estables, a nivel de nanosegundos. Receptores: relojes de menor precisión. Por lo tanto, se debe corregir la posición por errores de sincronización de los relojes.
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4.POSICION DE LOS SATELITES Conocer la posición de los satélites es vital para la determinación de la posición del receptor. Los satélites son monitoreados por cinco estaciones de control distribuidas en el mundo determinando sus trayectorias y los coeficientes de corrección de los relojes. 5. CORRECCION DE ERRORES Algunas fuentes de error de los GPS son difíciles de eliminar. •Los cálculos asumen que la señal viaja a una velocidad constante, la velocidad de la luz, sin embargo esto es posible sólo en el vacío. •Al ingresar la señal en la ionósfera y luego a la tropósfera sufre retardos de velocidad de propagación. •Cuando la señal de un satélite se ve reflejada sobre algún objeto se produce un efecto de multipaso.
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Todos los receptores GPS realizan algunas correcciones para los retardos de señal. Los efectos de multipaso son minimizados aplicando procesamiento de la señal y diseños avanzados de antenas.
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POSICIONAMIENTO ABSOLUTO: Un usuario equipado con un receptor portátil, recibe en forma pasiva señales del mensaje GPS desde 3/4 satélites o más y puede medir una distancia modificada receptor a cada satélite y determinar la posición de la antena del receptor. La precisión del posicionamiento absoluto depende de: •Estabilidad de los satélites y receptor. •Condiciones de encriptado del Código P •Cantidad de ruido existente en la recepción de la señal •Cantidad de canales del receptor •Antigüedad de las efemérides (coordenadas de la órbita) •Condiciones y estabilidad de la ionósfera y tropósfera
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INFLUENCIA DE LAS FUENTES DE ERRORES EN EL POSICIONAMIENTO ABSOLUTO: FUENTES DE ERROR
GPS AUTÓNOMO (metros)
Relojes de Satélites Errores Orbitales Ionosfera Troposfera Disp. Selectiva SA Reloj del Receptor*
3,0 2,7 8,2 1,8 30 a 100 0,3
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Fuentes de error en
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Dilución de Precisión (DOP) • DOP es dependiente de la geometría de la constelación de satélites. • DOP es expresado mediante un valor numérico adimensional – DOP valores menor a 4 indica excelente precisión – DOP valores de 5 a 7 son aceptables – DOP valores mayores que 7 son pobres • Un alto DOP = Menor precisión en Posición
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Multipaso en la Base
Se ñal ref lej
ada
ta c e ir d l ña Se
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Efectos de la ionósfera Lamentablemente las ondas de radio no viajan por el espacio vacío. Tienen que atravesar también la capa ionosférica que rodea la tierra. El grado en que la ionósfera afecta a las ondas de radio depende de la densidad de carga ionosférica y del ángulo de incidencia. Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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Con dos frecuencias se reduce el efecto de la ionósfera El retraso que ocasiona la ionósfera en la propagación de las señales es inversamente proporcional a la frecuencia. Usando DOS FRECUENCIAS se puede determinar la diferencia entre los tiempos de retardo y por lo tanto eliminar en gran parte el efecto ionosférico. Este efecto es más notorio durante el día. Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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Efectos Ionosféricos
Líneas cortas
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< 10 Km
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Efectos Ionosféricos
Líneas largas
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> 10 Km
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FORMA DIFERENCIAL Debido a los errores ya mencionados, los cálculos de posiciones con GPS pueden sufrir desplazamientos de hasta 100 metros con S/A y hasta 30 metros sin S/A. El proceso de Corrección Diferencial consiste en obtener datos satelitales en forma simultánea por dos receptores, uno de los cuales es ubicado en una posición conocida y otro en una posición variable (base y móvil). Las observaciones desde la base son usadas para ajustar la posición del móvil. Para que exista Corrección Diferencial el receptor base colecta datos de la totalidad de satélites visibles y el móvil sólo de parte de la constelación. Supuesto: la mayor parte de los errores en la señal es igual para todos los usuarios sobre una extensa área. A 400 km de la base: precisiones de 5 metros (reducción al promediar) a menos de 100 km: precisiones de 1 metro. Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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Posicionamiento Diferencial Post proceso La base contrasta la posición calculada con la posición de referencia móvil. El resultado es una serie de correcciones de los datos de cada satélite medido en su respectivo tiempo. La base almacena estas correcciones las que se utilizan postproceso con el software de GPS corrigiendo los datos tomados en terreno.
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SISTEMAS DE CORRECCIÓN DIFERENCIAL EN TIEMPO REAL La corrección diferencial en tiempo real se realiza al momento de efectuada la medición de campo. La base contrasta la posición calculada con la posición de referencia móvil. El resultado es una serie de correcciones de los datos de cada satélite medido en su respectivo tiempo. La base transmite estas correcciones hacia los móviles a través de sistemas de radio y módem, o por un sistema satelital y bases diseñado para este efecto, así el móvil aplica la corrección al momento de la toma de datos. La factibilidad de corrección diferencial en tiempo real depende del tipo de receptor utilizado. Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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SERVICIOS DE CORRECCIONES DIFERENCIALES SERVICIO
COBERTURA
ESTACIONES
Waas
Norteamérica
32
Egnos
Europa
34
OmniStar
Sudamérica /centroamérica
70
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PLANIFICACION DE MEDICIONES
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CONSIDERACIONES GENERALES: A diferencia de la topografía clásica, las mediciones GPS no requieren intervisibilidad entre los puntos medidos. Los receptores no envían ni reciben señales entre ellos, sólo reciben las señales de los satélites. Por lo tanto se trata de redes y no de poligonales para salvar obstáculos tales como edificios, montañas, etc. Se requiere una vista despejada del cielo, cualquier elemento que obstruya la visibilidad reducirá la efectividad de recepción de la señal. Las estaciones de medición deben evitar elementos que obstruyan la señal. Las fuentes de microondas de alto poder (transmisoras de radio o TV) pueden interferir con la señal recibida, Se debe realizar un estudio del área de trabajo para determinar los obstáculos y su grado de incidencia.
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La planificación previa del terreno ayuda a: •Predecir la disponibilidad de satélites en cada punto de observación. •Experimentar con las obstrucciones a la visibilidad. •Determinar los mejores períodos de observación. •Visualizar la disponibilidad de satélites mediante tablas y representaciones gráficas.
SESIONES Y PUNTOS: Una sesión es un período durante el cual se planifican las observaciones para ver la disponibilidad de los satélites. Un punto es un lugar en el que se planea hacer las observaciones: MARCA O ESTACIÓN.
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EQUIPAMIENTOS GPS
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RECEPTORES GPS vs PRECISION •Tipo de medición que efectúen •Tipo de códigos que usen •Frecuencias que puedan procesar •Cantidad de canales y satélites rastreados
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Receptor
Código
Fase Portadora
Equipamiento
Precisión
Canales
Geodésico
P
L1 y L2
Base + Móvil
5 mm
24-40
Topográfico
C/A y P
L1
Base + Móvil
10-50 cm
12-24
Navegador
C/A
L1
Móvil
10-30 m (sin S/A) 30 - 100 m (con S/A)
8-12
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CARACTERÍSTICAS BÁSICAS QUE DEBE TENER SU GPS PARA CARTOGRAFÍA. Sistema receptor de al menos 12 canales paralelos: necesario para poder tener una buena recepción de las señales en terrenos abruptos y con espesa cobertura vegetal. Waypoints (puntos de referencia): capacidad de almacenamiento de como mínimo, 500 waypoints. Pantalla de Mapa: para poder ver más fácilmente nuestra posición con respecto a los demás waypoints marcados. Track: capacidad de almacenar 10 o más tracks, que corresponden a las huellas de nuestro trayecto realizado, para así poder repetirlas o hacerlas de vuelta en caso de que no reconozcamos el camino. Múltiples Datum: para poder ocupar el GPS con las cartas topográficas del propio país. Cartografía digital incluida en el propio receptor: útil para ver plasmado sobre un mapa, donde nos encontramos. Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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ARCHIVOS DE PROCESAMIENTO. DAT:
Un Archivo DAT contiene información de: Tipo de Receptor Tipo de Antena Altura de Antena Nombre de estación Método de medición de la altura de antena Mediciones de fase portadora Parámetros de efemérides del satélite
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EQUIPO MÓVIL DE MAPEO Y COLECTOR DE DATOS
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EQUIPO COMPLETO DE MAPEO: MÓVIL Y BASE Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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COLECTOR DE DATOS PISTOLA LASER O DISTANCIOMETRO
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MODALIDAD DE USO DE EQUIPO MOVIL
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USO DE PDA (Personal Digital Assistant) La PDA unida a GPS funciona como un colector de datos y permite almacenar cartografía de base para la ubicación de otros elementos vectoriales.
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Con PDA la captura de la información se efectúa directamente en campo, permitiendo al usuario ubicarse geográficamente en terreno y a llevar a cabo la toma de datos de forma automatizada, garantizándose la asignación a cada elemento de un código único de identificación; un único par de coordenadas XY (no reasignables a otro elemento) y los demás atributos de información que se capturan por observación o medición objetiva propias de la información que está siendo censada.
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La capacidad de almacenamiento interno de las pdas, incluso de las más potentes, es muy pequeña. Para compensar este inconveniente la cartografía digital se almacena en tarjetas de memoria compact flash (CF) o secure digital (SD). Para rendir al máximo de sus posibilidades una Pda necesita de una minuciosa preparación previa del recorrido con el software: cartografía y tracks, waypoints y rutas de referencia. También resulta imprescindible aprender a configurar diferentes funciones del programa, sobre todo las referentes a la visualización y obtención de tracks y waypoints.
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Configuración de un equipo de navegación Hay algunas consideraciones que deben tener en cuenta al adquirir un sistema de navegación basado en una pda. Es conveniente que piensen de antemano en los componentes del sistema, ya que no todos los elementos son compatibles. • Pda: La elección de la pda condiciona el tipo de receptor (GPS, compact flash) y el formato de tarjeta de memoria que se puede utilizar. • GPS compact flash. Los GPS compact flash se insertan en la ranura CF de la pda. En general los receptores compact flash disponen de puertos de comunicación específicos. No tienen ningún problema de comunicación. La limitación principal de los GPS CF es que se alimentan de la batería de la pda, lo que reduce la autonomía. Obviamente, para utilizar un GPS compact flash es imprescindible que la pda disponga de una ranura de expansión de memoria extra para almacenar la cartografía. • GPS mouse. Los receptores tipo mouse se conectan a la pda por cable y tampoco ofrecen problemas de comunicación, normalmente trabajan con el puerto COM-1. Los GPS mouse se alimentan, compartiendo la toma de corriente con la pda. El principal inconveniente puede ser la disponibilidad de un cable de comunicación específico par el modelo de pda. • Bluetooth. La tecnología Bluetooth facilita el intercambio inalámbrico de información a corta distancia entre diferentes dispositivos electrónicos, pdas y GPS entre otros. Funciona por medio de un enlace de radiofrecuencia de corto alcance y bajo consumo que permite prescindir de los molestos cables de conexión. Con un precio cada vez más competitivo los GPS Bluetooth se están imponiendo sobre los demás tipos de receptores. Las ventajas que ofrecen son importantes: independencia y autonomía. Sin embargo, el sistema todavía ofrece algunos problemas de comunicación.
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INTEGRACION GPS / SIG ACTUALIZACION CARTOGRAFICA BASE
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Chequeo con GPS
Puc贸n, cartograf铆a regi贸n
Calce final de Manzanas, Verificaci贸n GPS
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INTEGRACION GPS / SIG CARTOGRAFICA BASE Y CAPTURA DE DATOS EN ZONAS RURALES
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Los GPS contienen una herramienta para la captura de datos para un SIG. El software asociado permite transferir los datos a un SIG en forma fácil y eficaz. Con las herramientas de GPS/PDA se pueden definir diccionarios de datos (tablas o bases de datos) y recoger los atributos en terreno al mismo tiempo que se recogen los datos de posición.
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DEFINIENDO LOS DATOS:
Para definir los datos a recopilar con GPS y que serán utilizados en el SIG, se crea el Diccionario de Atributos (tabla o lista de características), este se transfiere a un Colector de Datos (PDA) y se almacena en formato digital.
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CONSIDERACIONES AL CREAR UN DICCIONARIO DE DATOS: ¿Cuál es la Aplicación del SIG? Esto afecta la información de características o atributos que se quiera obtener. ¿Cuántas características o atributos se requieren? La herramienta de GPS/PDA tiene límites de memoria para almacenar datos (dependiendo del equipo y software). Se debe tener en cuenta el tiempo requerido para recoger los datos en terreno al aumentar la información (el proceso es mayor cuanto mayor es la cantidad de datos). ¿Cómo se han estructurado los datos? Se debe tener en cuenta cómo se relacionan los datos en un SIG (identificador, código) para diseñar en forma óptima el diccionario de datos.
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¿Cómo se va a realizar la colección de datos? Pueden combinarse diferentes características en un archivo, o pueden recogerse en forma separada en distintos archivos. ¿Cuáles son las limitaciones de un Diccionario de Datos? Limitaciones internas como el espacio o capacidad de almacenamiento. Limitaciones de longitud de un carácter y el número de características. ¿Qué unidades, datum y sistema de coordenadas se requiere? Estos parámetros se configuran tanto en el software de proceso como en el colector de datos. Deben ser compatibles con otras fuentes de datos geográficos ha utilizar en el SIG. ¿Qué nomenclatura se utilizará para el nombre de los archivos? Es importante predefinir y homogeneizar los nombres de los archivos a fin de poder identificarlos fácilmente. Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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Ejemplo de diccionario de datos
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Capturando los detalles de un Camino
Desde el Camino directo al Sistema Catastral
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Los mapas aseguran la uniformidad y facilitan las actividades censales (antes del empadronamiento). Las oficinas de censos tienen que asegurar que se cuenta cada hogar y cada persona del país y, al mismo tiempo, que a ninguno de ello se los cuenta dos veces. Para esto, los geógrafos dividen el territorio nacional en pequeñas unidades informantes y, de este modo, los mapas pasan a ser un instrumento de control esencial que garantiza la consistencia y la exactitud de los censos. • Los mapas facilitan la reunión de datos y pueden ayudar a supervisar las actividades censales (durante el empadronamiento). Manual de sistemas de información geográfica y cartografía digital. Estudios de Métodos. Serie F Nº 79 Departamento de Asuntos Económicos y Sociales División de Estadística Naciones Unidas Nueva York, 2000 Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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APLICACIÓN PRACTICA GPS/SIG SEGMENTACION DINAMICA DE RUTAS
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Definición Segmentación Dinámica es el proceso de ubicar, a lo largo de líneas previamente calibradas, entidades geográficas lineales o puntuales (eventos). Permite asociar múltiples conjuntos de atributos a cualquier porción de una entidad lineal. Estos atributos luego, pueden ser almacenados, desplegados, consultados y analizados sin afectar la coordenadas de los datos lineales ni su geometría. Modela elementos lineales usando rutas o eventos de rutas.
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SEGMENTACION DINAMICA: Procedimiento por el cual se pueden “localizar” por “ distancia” o Variable “M” elementos puntuales y lineales sobre un “Sistema de Rutas”. La base de información que se toma para generar los procedimientos de segmentación dinámica, son los Arcos (líneas) que componen las rutas y la información alfanumérica, referida a un sistema de medidas, que está asociada a cada uno de estos arcos.
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SEGMENTACIÓN DINÁMICA SISTEMA DE RUTAS Código único del camino o de la Ruta Punto de inicio (kilómetro) Punto de término (kilómetro) BASE DE DATOS DE LAS ENTIDADES GEOGRÁFICAS Código del camino al que pertenece el objeto Si es puntual: Punto de localización (numérico/kilómetro) Si es lineal: Punto de inicio (kilómetro inicial) Punto de término (kilómetro final) Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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... Segmentación Dinámica Ruta 1
Arcos Reales
Ruta 2
origen 1
1
7 2
7 2
8
2 3
3 11
4
4
4 Definición de rutas
5
5 12 10
12
6
3
origen 9
9
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Necesidad de Referenciamiento Lineal En lugar de usar medidas basadas en coordenadas (x,y), la segmentación dinámica simplifica los datos usando una posición relativa simple (distancia). La ubicación entonces, es dada en términos de un elemento conocido y una posición o medida sobre él. Por ejemplo, ruta 8, kilómetro 23, identifica únicamente una posición en el espacio geográfico sin tener que expresarlo en coordenadas (x,y), o latitud/longitud. Esto es REFERENCIAMIENTO LINEAL
La geometría de rutas difiere de otras geometrías lineales en que en lugar de ser una colección de coordenadas (x,y), es una colección de valores (x,y,m), m es el valor M donde se almacena la medida o distancia. Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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Rutas Si consideramos la red vial, comúnmente estas medidas representan distancias sobre la ruta pero también pueden representar tiempo, costos, u otros eventos que ocurran a lo largo de la misma. Estos valores M medidos se almacenan en cada vértice de las polilíneas que componen la ruta o la red. El valor medido es independiente al sistema de coordenadas usado para representar al elemento geográfico, en este caso la ruta.
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¿Qué se requiere para aplicar Segmentación Dinámica? Una cobertura o capa de información de Rutas con georeferenciación espacial (x,y) a la cual se le aplica una calibración por “distancia” o variable “M”. Sistema de Rutas: X, Y, M y sentido de la ruta ¿Cómo se obtiene la cobertura de Rutas? A través de levantamiento con GPS de precisión: X,Y ¿Cómo se calibra la cobertura para obtener el sistema de Rutas? A través de software SIG que permitan incorporar el elemento “M” en la cobertura: Arcview – ArcInfo NT - ArcGis.
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Calibración •
Un elemento geográfico lineal calibrado, o ruta calibrada, es simplemente una polilínea que contiene valores M (medidas) y un identificador. Dichos valores M almacenan información de medidas realizadas sobre dicha ruta, por ejemplo kilómetros medidos en distintos puntos de la ruta que serán usados para calibrarla.
•
La calibración se realiza tomando medidas sobre ciertos puntos de la ruta (por ejemplo las balizas) para que el software pueda interpolar o extrapolar el resto de los valores para la polilínea como muestra la siguiente figura: Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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Eventos En una red vial, las referencias a elementos sobre la ruta pueden ser almacenadas y organizadas en tablas, las cuales llamamos tablas de eventos. Una tabla de eventos es una tabla cualquiera que contiene un campo que es identificador de ruta, y por lo menos un campo que contiene valores de distancia referidas a dicha ruta (ej. Kilómetro). Las tablas que contengan referencias a puntos sobre la ruta, a los cuales llamamos eventos puntuales, contienen un campo para almacenar valores de distancia sobre la ruta, mientras que las tablas que contiene dos de estos campos de medidas son tablas que contienen referencias a tramos sobre la ruta, los cuales se denotan como eventos lineales. El campo identificador de ruta sirve para referirse a una ruta en particular sobre la red vial.
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Eventos Tabla de eventos puntuales contiene muchos eventos. Cada evento de punto hace referencia a un lugar preciso en la ruta. Por ejemplo, el evento puntual 1 (OID =1) hace referencia al KM 30 (KM=30) de la ruta 8 (RUTA=8). En este ejemplo el campo KM de la tabla de abajo es el usado para referirse al valor M medido o interpolado sobre la polilínea calibrada donde se define la ruta 8. OID
RUTA
KM
1
8
30
2
8
55.6 Una ruta es una polilínea con valores de medida M.
Un evento es una fila en una tabla de eventos. Un evento contiene una referencia a un lugar en una ruta (punto o línea). 62.0
Ruta 8 0.0 El identificador de cada ruta es almacenado en cualquier campo de tipo numérico o alfanumérico (RUTA). OID
RUTA
DesdeKM
HastaKM
1
8
10
25
2
8
40
50
3
8
57
60.5
DesdeKM denota el KM donde comienza el tramo, HastaKM denota el KM donde finaliza el tramo.
Polilínea con valores M Evento lineal Evento puntual
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Eventos La fuente de eventos sobre rutas sirve como una tabla de eventos como una capa geográfica “dinámica”. Cada registro en la tabla representa un elemento geográfico cuya ubicación es calculada en tiempo real según la distancia (kilómetro). Esto es segmentación dinámica.
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Detección de errores La tecnología de segmentación dinámica incluye también el reporte del estatus de ubicación de los elementos a ubicar. A veces, estos elementos no pueden ser ubicados, es decir su ubicación no pudo ser calculada por la segmentación dinámica. Esto se debe a que existen ciertas razones que impiden ubicar correctamente a dicho evento sobre la ruta. Otras veces, un evento puede ser parcialmente ubicado (esto ocurre solo para eventos lineales). Los siguiente son algunos ejemplos de estos errores:
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Detección de errores 62.0 Ruta 8 0.0
OID
RUTA
DesdeKM
HastaKM
ERROR
1
8
1
5
LOCATING_OK
2
8
-5
9
LOCATING_E_FROM_PARTIAL_MATCH
3
8
15
70
LOCATING_E_TO_PARTIAL_MATCH
4
8
80
95
LOCATING_E_CANT_FIND_EXTENT
Ejemplo de tabla de eventos lineales con mensajes de errores asociados OID
RUTA
DesdeKM
ERROR
1
8
1
LOCATING_OK
2
8
-5
LOCATING_E_CANT_FIND_LOCATION
Ejemplo de tabla de eventos puntuales con mensajes de errores asociados
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ARCVIEW ARCGIS
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ARCINFO NT Comandos
Descripción
ARC: MEASUREROUTE ARC caminos RUTACODIGO LFINAL UL # 4000
Generación inicial del sistema de rutas considerando el atributo LFINAL como unidad de medida
ARC : JOINITEM CAMINOS.RATRUTA SENTIDO CAMINOS.RATRUTA CODIGO
Unión de la tabla sentido a la tabla de rutas
ARC : AP
Ingreso al módulo Arcplot
: RESELECT caminos ROUTE.RUTA SENTIDO = 'UL'
Reselección de los caminos con inicio en UL
: WRITESELECT UL.SEL
Grabado de selección en archivo
: CLEARSEL
Borrar selección
: RESELECT caminos ROUTE.RUTA SENTIDO = 'UR'
Reselección de los caminos con inicio en UR
: WRITESELECT UR.SEL
Grabado de selección en archivo
: CLEARSEL
Borrar selección
: RESELECT caminos ROUTE.RUTA SENTIDO = 'LL'
Reselección de los caminos con inicio en LL
: WRITESELECT LL.SEL
Grabado de selección en archivo
: CLEARSEL
Borrar selección
: RESELECT caminos ROUTE.RUTA SENTIDO = 'LR'
Reselección de los caminos con inicio en LR
: WRITESELECT LR.SEL
Grabado de selección en archivo
: CLEARSEL
Borrar selección
: QUIT
Salir de Arcplot
: MEASUREROUTE ROUTE caminos RUTA LFINAL UL GAP 4000 UL.SEL
Actualización del sistema de rutas con archivos de sentidos
: MEASUREROUTE ROUTE caminos RUTA LFINAL UR GAP 4000 UR.SEL
Actualización del sistema de rutas con archivos de sentidos
: MEASUREROUTE ROUTE caminos RUTA LFINAL LL GAP 4000 LL.SEL
Actualización del sistema de rutas con archivos de sentidos
: MEASUREROUTE ROUTE caminos RUTA LFINAL LR GAP 4000 LR.SEL
Actualización del sistema de rutas con archivos de sentidos
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Evento Lineal
Evento Puntual Ruta-id Kilómetro Dist_eje Dimensiones ...
Tabla de Rutas
Tabla de Segmentos
Tabla de Arcos Reales
Ruta-id De_km A_km Dist_eje Ancho Tipo ...
Ruta# Ruta-id Atributos generales ...
Routelink# Arclink# F-MEAS T-MEAS F-POS T-POS Vialidad# Vialida-id
F_Node T_Node Lpoly Rpoly Length Ejes# Eje_id ...
( x,y ) Sociedad de Especialistas Latinoamericanos en Percepción Remota y Sistemas de Información Espacial
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EJEMPLO SEGMENTACION DINAMICA ARCINFO NT - ARCVIEW
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EJEMPLO SEGMENTACION DINAMICA APLICACIONES EN ARCGIS
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La aplicación cuenta con 6 funciones, de las cuales las dos primera son generales y las cuatro restantes son para manejar los eventos de: ·Señales ·Obras de Arte ·Defensas camineras ·Pavimentos. El uso de cada una de ellas se explica en los siguientes puntos.
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KM en Ruta con el Cursor
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