SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL

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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL:
Es un sistema que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y empleado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Actualmente este sistema esta integrado por 24 satélites artificiales (21 regulares y 3 de apoyo) en orbita sobre el planeta tierra, a 20.200 Km de altura, con sus respectivas estaciones en tierra, estos proporcionan información para el posicionamiento las 24 horas del día y sin importar las condiciones climáticas.
Los satélites artificiales son utilizados por el GPS como punto de referencia para calcular la posición de puntos sobre la superficie de la tierra y con precisiones cada día mejor.
Sus inicios datan del año 1.978 y con aplicaciones puramente militares, las cuales han ido cambiando o expandiéndose y ahora se utiliza en diversas áreas y sus equipos han ido disminuyendo tanto en tamaño como en costo.
En la Ing. Civil este sistema es una herramienta indispensable para la realización de levantamientos topográficos con rapidez y precisión y actualmente los datos obtenidos por medio de G.P.S se pueden manejar con los programas de aplicaciones en las ramas de ingeniería y geodesia. Y actualmente diferentes naciones se encuentran implementando y desarrollando sistemas de este tipo.
La antigua Unión Soviética construyó un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa.
Actualmente la Unión Europea está desarrollando su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado Galileo.
A su vez, la República Popular China está implementando su propio sistema de navegación, el denominado Beidou, prevén que cuente con 12 y 14 satélites entre 2011 y 2015. Para 2020, ya plenamente operativo deberá contar con 30 satélites. En abril de 2011 tenían 8 en órbita.
FUNDAMENTOS:
 El sistema G.P.S esta fundamentado en la medición de distancias a partir de señales de radio que son transmitidas por los satélites que lo integran, cuya orbita es conocida con precisión, captadas y decodificadas por receptores ubicados en los puntos cuya posición se desea determinar.
En este proceso se mide la distancia de al menos tres de estos satélites a un punto sobre la tierra, y así es posible determinar la posición de dicho pun por trilateracion, que es un proceso similar a la triangulación pero basado en la medida de los lados de un triangulo.
Triangulación: En geodesia, se emplea para determinar los puntos singulares de un territorio, mediante el cálculo exacto de los vértices geodésicos, con sistemas de triángulos muy grandes, llamados redes de triangulación. También se utiliza en topografía. La triangulación, en geometría, es el uso de la trigonometría de triángulos para determinar posiciones de puntos, medidas de distancias o áreas de figuras.
.- Trilateracion Satelital:
Ya sabemos que los satélites del G.P.S se encuentran en orbita alrededor de la tierra, que dichas orbitas son predeterminadas y están a una altura de 20.200 Km. Lo cual hace posible el conocer la ubicación de un satélite en un instante de tiempo dado, convirtiéndose por lo tanto los satélites en puntos de referencia en el espacio.
Entonces, cuando un receptor en tierra capta la señal de un primer satélite, se determina la distancia entre ambos lo cual nos indica únicamente que dicho punto puede ubicarse en cualquier sitio dentro de una esfera de radio R1 (R1= Distancia desde el satélite hasta el punto de ubicación) 
Cuando un segundo satélite entra en juego, se genera lo mismo con respecto a este punto, aunque ahora la esfera posee un radio R2 (R20 Distancia desde el segundo satélite hasta el punto de ubicación). 
Estas esferas por no ser concéntricas generan un espacio geométrico de intersección entre ellas y el cual es un círculo.
Si agregamos una tercera medición desde un tercer satélite, la intersección de la nueva esfera con las dos anteriores se reduce a dos puntos sobre el circulo antes descrito y uno de ambos puntos puede ser descartado bien sea por estar fuera de espacio o por moverse a una velocidad muy elevada.
Matemáticamente es necesario determinar una cuarta medición a un cuarto satélite para poder calcular las variables x, y, z y t (Tiempo). Quedando así determinada la ubicación del punto en cuestión.
.- Medición de distancia desde los satélites:
Fundamentalmente es tan simple como calcular la distancia valiéndose de la ecuación de movimiento con velocidad uniforme.
D = v. t
Conociendo la velocidad de la señal de radio y el tiempo de viaje de esta señal desde que sale del satélite hasta que llega al receptor.
En este caso
D = distancia en kilómetros desde el satélite hasta el punto en consideración
v = velocidad de la señal de radio, la cual es aproximadamente la velocidad de la luz que son 300.000 Km/s
t = tiempo de viaje de la señal en segundos
Para conocer el instante en que la señal parte del satélite se generan códigos pseudoaleatorios tanto en el satélite como en el receptor y se sincronizan ambas señales de manera tal que se generen al mismo tiempo, luego se comparan para medir el desfase del tiempo ∆t en el que ambas señales generan el mismo código. Entonces ∆t representa el tiempo de viaje de la señal.
.- Precisión en la medida del tiempo: 
La medición del tiempo de viaje de la señal desde el satélite al receptor es difícil. Debido a la gran velocidad a la que viaja la señal de radio y a las distancias relativamente cortas con respecto a esta velocidad a la que se encuentran los satélites orbitando. El tiempo promedio en que una señal viaja desde un satélite en orbita a 20.200 km llega hasta la tierra es de 0,067 segundos. Por lo que son indispensables relojes muy precisos. Por ello los relojes que portan los satélites son relojes atómicos u con precisiones de un nanosegundo, pero el incluir estos relojes en los receptores seria muy costoso y es por ello que los receptores corrigen los errores en la medición del tiempo valiéndose de la medición a un cuarto satélite en orbita.
.- Posicionamiento del satélite:
Como mencionamos antes el sistema G.P.S esta integrado por 24 satélites operacionales del sistema NAVSTAR (Navigation Satélite Timing and Ranging) que orbitan la tierra en 12 horas a la altura de 20.200 Km. Estos se posicionan valiéndose de 6 orbitas diferentes, que están inclinadas 55° aproximadamente con respecto al ecuador.
En cada orbita se mueven 4 satélites y en tierra hay 5 estaciones de seguimiento y control, de las cuales son 3 para alimentación de datos y una para control maestro, la cual valiéndose de los datos de las estaciones de seguimiento puede calcular: la posición de los satélites en las orbitas, los coeficientes para las correcciones de los tiempos y transmitir esta información a los satélites.
.- Corrección de errores:
 1.- Propios del satélite: - Orbitales: Afectan la determinación de la posición del satélite en cierto momento ya que no se conoce con total exactitud las orbitas de los satélites.
 - Del Reloj: se originan por pequeñas fallas en los relojes atómicos del satélite, propios del instrumento y por la acción de los efectos relativos entre el sistema del satélite y el sistema G.P.S. este tipo de errores de poca magnitud son corregidos o ajustados por el departamento de defensa de los Estados Unidos.
 - De la configuración Geométrica: la DPG o Dilación de precisión geométrica da los parámetros para la determinación de un posicionamiento y resultan en una medida que refleja como influye la geometría de los satélites sobre la precisión en las estimaciones de tiempo y posición de la estación.
Esta dilación se compone por cuatro parámetros, que son:
PDOP: dilación de precisión para la posición
HDOP: dilación de precisión horizontal
VDOP: dilación de precisión vertical
TDOP: dilación de precisión del tiempo
La configuracióngeométrica es ideal cuando la posición relativa entre satélites conforma ángulos agudos, y es pobre cuando la posición relativa de los satélites es conformada por ángulos llanos o los satélites están alineados.
2.- Originados por el medio de propagación: Se originan debido al cambio en la velocidad de la señal ya sea porque la señal deje de viajar en el vacío, penetra la ionosfera y la troposfera las cuales presentan cambios de densidades en sus diferentes capas y se producen variaciones ionosfericas y troposfericas, disminuyendo la velocidad de la señal.
Los receptores de G.P.S actuales, toman en cuenta este tipo de demoras y hacen las correcciones pertinentes.
· Error por ruta múltiple (Multipath): se origina cuando una señal reflejada en objetos ubicados en la superficie de la tierra, llega al receptor por dos o más trayectorias diferentes. Para evitar esto se han diseñado dispositivos como antenas que filtran las señales que llegan de diferentes direcciones.
3.- En la recepción: dependen del modo de medición y el tipo de receptor. Son el ruido, centro de fase de la antena, errores del reloj oscilador y el error de disponibilidad selectiva (S/A), el cual se origina por la degradación de la señal del satélite en forma intencional, por parte del departamento de defensa de los Estados Unidos.
COMPONENTES DEL SISTEMA G.P.S:
El GPS está integrado por tres segmentos o componentes de un sistema, que a continuación se describen:
.- Segmento usuario:
Lo integran los receptores GPS que registran la señal emitida por los satélites para el cálculo de su posición tomando como base la velocidad de la luz y el tiempo de viaje de la señal, así se obtienen las pseudodistancias entre cada satélite y el receptor en un tiempo determinado, observando al menos cuatro satélites en tiempo común; el receptor calcula las coordenadas X, Y, Z y el tiempo.
.- Segmento espacial: 
Esta integrado por todos los componentes de la red satelital que están fuera del alcance de los usuarios en general. Como las estaciones de control y los satélites en si.
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Aunque originalmente diseñado por el Departamento de Defensa de EE.UU. para aplicaciones militares, su gobierno federal hizo el sistema disponible para usos civiles y levantó las medidas de seguridad diseñadas para restringir la precisión hasta 10 metros. 
La constelación óptima consiste en 21 satélites operativos con 3 de "repuesto". A partir de julio de 2006, había 29 satélites operacionales de la constelación. 
Los satélites del GPS transmiten dos señales de radio de baja potencia, llamadas "L1" y "L2". Cada señal GPS contiene tres componentes de información: un código pseudoaleatorio, los datos de efemérides de satélite y datos de almanaque. El código pseudoaleatorio identifica al satélite que transmite su señal. Los datos de efemérides de satélite proporcionan información sobre la ubicación del satélite en cualquier momento. El almanaque contiene información sobre el estado del satélite y la fecha y hora actuales. Para cada satélite, el tiempo es controlado por los relojes atómicos a bordo que son cruciales para conocer su posición exacta. 
.- Segmento de control
Es una serie de estaciones de rastreo, distribuidas en la superficie terrestre que continuamente monitorea a cada satélite analizando las señales emitidas por estos y a su vez, actualiza los datos de los elementos y mensajes de navegación, así como las correcciones de reloj de los satélites.
Las estaciones se ubican estratégicamente cercanas al plano ecuatorial y en todas se cuenta con receptores con relojes de muy alta precisión.
PRECISIONES CON EL G.P.S:
 Estas precisiones pueden variar entre milímetros y metros. La precisión en las coordenadas horizontales y verticales (Norte y Este) es de dos a cinco veces mayor que la determinación en la coordenada vertical o cota. Y en general la precisión del sistema depende de: el equipo receptor, la planificación y procedimiento de la recolección de datos, el tiempo de la medición y los programas utilizados en el procesamiento de datos.
Es importante destacar que existen dos tipos de exactitudes. La absoluta y la diferencial.
En la absoluta se pueden obtener exactitudes en el orden de los 20 metros, si se usa el servicio estándar de posicionamiento y de hasta 5 metros si se usa el servicio preciso de posicionamiento, código P.
En la exactitud diferencial se pueden tener exactitudes de hasta ± 0,1-1 ppm y para proyectos científicos con los equipos adecuados se pueden obtener exactitudes de ± 0,01m ± 0,1 ppm.
SISTEMAS DE COORDENADAS:
El sistema coordenado utilizado se basa en un elipsoide ajustado a la superficie del geoide y el modelo matemático que mejor se ajusta a esto se define por la relación entre un punto en la superficie topográfica escogido como origen del datum y el elipsoide.
Un datum de referencia (modelo matemático) es una superficie constante y conocida, utilizada para describir la localización de puntos sobre la Tierra. Dado que diferentes datum tienen diferentes radios y puntos centrales, un punto medido con diferentes datum puede tener coordenadas diferentes. Existen cientos de datum de referencia, desarrollados para referenciar puntos en determinadas áreas y convenientes para esa área. Datum contemporáneos están diseñados para cubrir áreas más grandes.
Los datum más comunes en las diferentes zonas geográficas son los siguientes:
América del Norte: NAD27, NAD83 y WGS84
Argentina: Campo Inchauspe
Brasil: SAD 69/IBGE
Sudamérica: SAD 56 y WGS84
España: ED50, desde el 2007 el ETRS89 en toda Europa.
El datum WGS84, que es casi idéntico al NAD83 utilizado en América del Norte, es el único sistema de referencia mundial utilizado hoy en día. Es el datum estándar por defecto para coordenadas en los dispositivos GPS comerciales. Los usuarios de GPS deben chequear el datum utilizado ya que un error puede suponer una traslación de las coordenadas de varios cientos de metros
 En Venezuela, a partir del 1° de Abril de 1.999, se ha adoptado un nuevo sistema geocéntrico de referencia para la red geodésica Venezolana “REGVEN”, la cual representa en el país al sistema de referencia geocéntrico para las Américas “SIRGAS” y el elipsoide que REGVEN utiliza es el Geodetic Referente System 80 (GRS-80) cuyo datum asociado es el Wor Geodetic System 1984 (WGS-84).
El elipsoide antes mencionado (GRS-80) tiene los siguientes parámetros:
· Semieje mayor = 6.378.137,00 m
· Semieje menor = 6.356.752,30 m
Como anteriormente se usaba el datum La Canoa, es necesario hacer transformaciones a REGVEN, y los parámetros de estas transformaciones se publicaron en el Folleto REGVEN, La nueva red Geocéntrica Venezolana, publicado por el instituto geográfico de Venezuela, Simón Bolívar en el año 2.001.
Para el control vertical se usa la red de nivelación de primera orden, apoyada en el mareógrafo de La Guaira.
SISTEMAS DE PROYECCIONES:
Ya que el datum no especifica el como ubicar un punto sobre la superficie de la tierra, por lo general, las coordenadas se expresan como coordenadas geográficas (Latitud y Longitud) o coordenadas rectangulares (Norte y Este). Esto ocurre porque los receptores G.P.S toman las coordenadas geográficas y las proyectan al sistema local de coordenadas en base al datum seleccionado.
En Venezuela se utiliza el sistema de Proyecciones Universal Transversal Mercator (UTM) para la determinación de coordenadas rectangulares aunque existen otros como el Lambert, el Mercator oblicuo el U.S. State Plain System…
APLICACIONES DE LOS G.P.S: La lista es extensa, para actividades científicas, profesionales, recreacionales, deportivas, etc. Pero, en el campo de la Ing. Civil se utiliza en las áreas como la Geología, la Geografía, la Ing. Forestal y se combina con los sistemas de información Geográfica (SIG) para la elaboración de mapas temáticos ya que captan en forma rápida y precisa la posición de puntos y asocian atributos e información a dichos puntos. También para planificar el transporte urbano, el mantenimientovial (Ubicando de manera rapida, sectores de la vía que necesitan mantenimiento). También en la topografía que es parte integral de la ingeniería civil, se aplican o utilizan los G.P.S para los levantamientos de grandes extensiones y de zonas de acceso difícil, requiriendo el uso de menos personal para la transportación de equipo y logrando acelerar la captura de datos y la recolección de los mismos.
 
 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA 
MINISTERIO DE EDUCACION
UNIVERSIDAD ROMULO GALLEGOS
AREA DE INGENIERIA, ARQUITECTURA Y TECNOLOGIA
UNIDAD CURRICULAR: TOPOGRAFIA AVANZADA
SECCION 1
G.P.S
 
	
	
	
DOCENTE:
ING. MARCOS GUTIERREZ
ELABORADO POR:
 JOSE A. DIAZ 15489806
JULIETH MEJIA 25662843
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