esquema general de la presentaciÓn
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ESQUEMA GENERAL DE LA PRESENTACIÓN. PRIMERA PARTE POR QUÉ EL GPS? ¿QUÉ ES EL GPS? CÓMO TRABAJA EL GPS? PRINCIPALES VENTAJAS DEL GPS: PRINCIPALES DESVENTAJAS DEL GPS EL RECEPTOR GPS SEGUNDA PARTE SISTEMA GLONASS SISTEMA NAVSTAR FUENTES DE ERRORES EN LOS GPS TIPOS DE SERVICIOS - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ESQUEMA GENERAL DE LA PRESENTACIÓNESQUEMA GENERAL DE LA PRESENTACIÓN
PRIMERA PARTEPRIMERA PARTEPOR QUÉ EL GPS? ¿QUÉ ES EL GPS? CÓMO TRABAJA EL GPS? PRINCIPALES VENTAJAS DEL GPS:PRINCIPALES DESVENTAJAS DEL GPSEL RECEPTOR GPS
SEGUNDA PARTESEGUNDA PARTE
SISTEMA GLONASSSISTEMA NAVSTAR FUENTES DE ERRORES EN LOS GPSTIPOS DE SERVICIOS¿ QUÉ ES DGPS ?COMPARACIÓN DE LAS CONSTELACIONES NAVSTAR Y GLONASSOTROS SISTEMAS SATELITALES DE LOCALIZACIÓN (INMARSAT)
TERCERA PARTETERCERA PARTEAPLICACIONES GENERALES DEL GPS APLICACIONES ESPECÍFICAS EN COLOMBIAEN LA PRÁCTICA...EVALUACIÓN DE LOS PROYECTOS
Por qué el GPSPor qué el GPS?
A principios de los 70’s, el Departamento americano de Defensa (DoD) de USA decidió: •crear un sistema de navegación que satisficiera las necesidades de la navegación militar y el tiempo exacto •que el ejército tenía que tener una forma precisa de posicionamiento mundial.
Así, se proyectó una constelación de veintiún satélites de órbita media (MEO) de la constelación llamada NAVSTAR, que para el primer trimestre de 1994 se completó hasta veinticuatro.
¿Qué es el GPS?¿Qué es el GPS?
GPS (Global Positioning System) es un sistema mundial de localización constituido por una constelación de satélites, cada uno de ellos dotado con relojes atómicos, computadoras, emisores y receptores de radio y por estaciones terrenas que monitorean constantemente a cada uno de los satélites. Los receptores GPS utilizan a estos satélites como puntos de referencias para calcular la latitud, longitud, altitud – con aproximaciones en el orden de metros, inclusive centímetros– , velocidad y tiempo exacto.
¿Qué es el GPS?¿Qué es el GPS?
El Sistema GPSSegmento Espacial
Segmento del Usuario
Estaciones Monitoras Diego Garcia Ascension Is. Kwajalein Hawaii
Segmento de Control
Colorado Springs
1-13
Segmento Satelital 24 satelites
(minimo) 20000 Kms de
altura Cada 12 hrs por el
mismo sitio Transmiten señal
de radio
Componentes del GPSComponentes del GPS
El segmento espacialEl segmento espacial Las transmisiones de los satélites son controladas por relojes atómicos de alta estabilidad ubicados a bordo. Estas transmisiones se derivan coherentemente de una frecuencia fundamental de 10,23 MHz. Multiplicando la misma por 154 y 120, se obtienen las frecuencias para la portadora L1 (1 575,42 MHz) y la portadora L2 (1 227,60 MHz), respectivamente.
La señal L1 está modulada con dos códigos, el código C/A de acceso civil y el código protegido P, mientras que la señal L2 solo está modulada con el código P.
Segmento de Control Cinco estaciones Controlan orbita del
satelite Verifican calidad de
la señal Pronosticar sus
efemérides Calibrar los relojes
atómicos
Componentes del GPSComponentes del GPS
Componentes del GPSComponentes del GPS
Segmento de Usuarios
Aplicaciones en el área Militar y civil
Sin restricciones climatológicas
Funciona 24 horas al día Ubicación en tiempo real,
o en post-proceso (mayores niveles de precisión).
Esquema de funcionamiento . .
4
Se usa la distanciaa los satélites1
Correcciones por atmósfera e ionósfera
Eliminar S/A5Se requierenrelojes precisos2
3 Hay que saber laposic. del satélite
14
Cómo trabaja GPS . . .
Usa medidas de 4+ satelitesDistancia = tiempo de viaje x velocidad de la luz
Señales viajan a velocidad luz
11
15
Cómo trabaja GPS . . .
Del satélite
Del receptor en tierra
Usa el código para calcular el tiempo de viaje dela señal de cada satélite
Calcula la diferencia de tiempo para la misma porciónde código
22 Tiempo de viaje de las señalesTiempo de viaje de las señales
16
Cómo trabaja GPS . . .
Utiliza la localización del satélite
Estaciones Monitoreo• Diego Garcia• Ascension Island• Kwajalein • Hawaii
Efemerides es transmitida a losusuarios
Segmento de Espacio
GPS Control Colorado Springs
La posición delsatélite es moni-toreada y actualizada
33
17
Cómo trabaja GPS . . .
Correcciones atmosféricas
El receptor estimalos retardos de la señalcuando pasa por laatmósfera
IonósferaTropósfera
44
Cómo trabaja GPS . . .
Corrección Diferencial55Se procesan los datos de campopara eliminar la S/A
Los errores se pueden eliminar así: Tiempo real (en campo)Postproceso (en la oficina)
Trilateración con los satelites
La cuarta medidadará directamente sólo uno de los dos puntos
1-26
20
TrilateraciónUna medida nos da la posición en una
esfera
11,000 millas
2nd
21
TrilateraciónLa segunda medida nos da la
intersección de dos esferas
La intersección dedos esferas es uncírculo
3rd
22
TrilateraciónLa tercera medida nos da dos puntos
La intersección de tresesferas son dos puntos
23
Trilateración
La cuarta medida permite decidir entre dos puntos
La cuarta medida permite escoger uno de los dospuntos
Principales ventajas del GPSPrincipales ventajas del GPS
•Alta precisión en el posicionamiento y la determinación de la velocidad en las tres dimensiones..•Determinacion de velocidad para conocer la ubicación de vehiculos (navegación terrestre, marítima o aérea.)•Captación de al menos cuatro satélites en cualquier parte del globo terráqueo, durante las veinticuatro horas del día.•Independencia completa a condiciones meteorológicas.•Disponibilidad continua para un grupo ilimitado de usuarios. •Posibilidad de brindar el tiempo con alta precisión. •Resistencia a la interferencia.
Principales desventajas del GPSPrincipales desventajas del GPS
•La más importante es la dependencia principalmente de un país EE.UU. Concretamente del DoD (departamento de defensa).•Cuando ellos quieran pueden eliminar el uso por parte de los civiles del sistema.•Actualmente hay dificultad en su uso en ciudades con edificios altos.•También es difícil garantizar su integridad, pues en caso de guerra se pueden lanzar misiles para eliminar algún satélite.
El receptor GPSEl receptor GPS
Es el conjunto de elementos (Software y Hardware) que permiten determinar la posición, velocidad y tiempo de un usuario, además de los parámetros necesarios adicionales que requiera. Funciones del receptorFunciones del receptor:• Identificación y seguimiento de los códigos asociados a cada satélite. •Determinación de las distancia. •Decodificación de las señales de datos de navegación así como calibrar los relojes atómicos que ellos portan. Aplicar las correcciones (del reloj, ionosféricas). •Determinación de la posición y velocidad. •Validación de los resultados obtenidos y almacenamiento en memoria. •Presentación de la información.
El recptor GPSEl recptor GPS
Pilotoautomático
Antenasyconexiones
Receptor Procesador Unidaddepresentación
Unidaddecontrol
Sistema GlonassSistema Glonass
El sistema GLONASS es un sistema de navegación por satélite similar al GPS pero con importantes diferencias. El sistema está administrado por las Fuerzas Espaciales Rusas para el Gobierno de la Confederación Rusa y tiene importantes aplicaciones civiles además de las militares.
La constelación completa está formada por 21 satélites activos y 3 de reserva situados en tres planos orbitales separados 120º.
Sistema GlonassSistema Glonass
Comparación entre Navstar y GlonassComparación entre Navstar y Glonass
Característica NAVSTAR GPS GLONASSCompañía Impulsora Departamento de Defensa de EUA
(NAVSTAR Systems Ltd)Gobierno Ruso
Número de satélites 24 en 6 planos orbitales 24 en 6 planos orbitalesTipo de órbita Media (20,200 km); inclinación 63 ;
período de 12 hrs.Media (19,200 km) en 6 planos orbitales; inclinación64.8 ; período de 11 hrs 15 min.
Frecuencias Banda L (L1=1.57542, L2=1.2276 GHz) Banda L (L1=1.609 GHz, L2=1.251 GHz)Método de acceso CDMA (Espectro Esparcido) CDMA (Espectro Esparcido)Vida útil aprox. 7.5 años 7.5 años
Fuentes de errores en los GPSFuentes de errores en los GPS
Errores, Equivocaciones, y Consideraciones Operacionales
Disponibilidad Selectiva (S/A) Geometría de Satélites (DOP) Multicamino
DOP
Errores
Metros
S/A
Tropo/Iono
Receptores
Efemérides
Relojes de los Satélites
0 20 40 60 80 100
S/A Off?
Disponibilidad Selectiva (S/A)El Gobierno de E.U. Puede degradar la
precisión Mayor fuente de error en GPS Prevenir que “fuerzas hostiles” hagan
uso de la señal con toda la precisión. Introduciendo intencionalmente
errores en tiempos y efemérides
Err. Budget
Se eliminará la Disponibilidad Selectiva? Talvez!
so what?
Precisión con S/A - Posición Horizontal dentro de los 100 metros el 95% del tiempo
200 m
Disponibilidad Selectiva (S/A)
S/A 2 of 3
Disponibilidad Selectiva (S/A) Precisión con S/A - Posición Horizontal
dentro de los 100 metros el 95% del tiempo
Precisión sin S/A - Posición Horizontal usualmente dentro de 10 - 15 metros
10 mS/A 3 of 3
Disponibilidad Selectiva (S/A) Precisión con S/A - Posición Horizontal
dentro de los 100 metros el 95% del tiempo
Precisión sin S/A - Posición Horizontal usualmente dentro de 10 - 15 metros
Con DGPS - 0.01 metros to 2 metros
< 1 m
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Acc examples
Ejemplos de diferentes requerimientos de Precisión
50 m - Navegación marítima o en cielo abierto
12.5 m - Navegación a objetos 3 m - Captura de Datos GIS rurales 1 m - Captura de Datos GIS urbanos 1 cm - Levantamientos Topográficos 0.5 cm - Levantamientos Geodésicos
DGPS
Dilución de la Precisión (DOP)
Medida de la geometría de los satélites Indica calidad del posicionamiento Expresada en diferentes dimensiones
– por ejemplo: PDOP, HDOP, VDOP, TDOP
dop grx
Dilución de la Precisión (DOP) La posición relativa de los satélites afecta la
precisión
Situacion Ideal
4 sec6 sec
good dop
Dilución de la Precisión (DOP)Situación Real - Círculos difusos
La posición es en realidad un caja
4 ‘ish sec6 ‘ish sec
incertidumbreincertidumbre
bad dop
Dilución de la Precisión (DOP)Empeora con algunas ángulos
El área de incertidumbre Se vuelve mayor cuando los satélites están muy cercaWhat is S/A
Un poco más de los DOP... La distribución de los datos refleja la
geometría de los satélites PDOP2 = HDOP2 * VDOP2
pos = PDOP * URA
Multicamino Poca Elevación Baja Relación de Señal a Ruido (SNR) Platos Protectores Periodicidad de 10 min aprox.
¿ Qué es DGPS ?¿ Qué es DGPS ?
DGPS es un método para eliminar errores en un receptor GPS, para hacer la salida más precisa
Corrección Diferencial Se ubica un GPS en una posición
conocida– Llamado “estación base”
BASE
Tiempo t t + 1Posiciones
GPS
Posición absolutadereferencia
El receptor sabe con precisión donde está…
…luego el error se puede calcular
Corrección diferencial Mientras tanto usted toma datos en
diferentes sitios– Usted no sabe donde está
MOVIL
Tiempo t t + 1
?Al mismo tiempo, los errores que ocurren en un sitio estan ocurriendo en cualquier punto cerca a éste...
Corrección diferncial
BASE
Tiempo t t + 1
MOVIL
Tiempo t t + 1
?
…así que el error calculado en la base puede ser aplicado a las posiciones capturadas con el receptor móvil…
Corrigiendo las posiciones del móvil
Corrección diferencial - Tiempo Real
.
Estación de referencia enposición conocida
Radio enlace enviando correcciones
Usted - en una posicióndesconocida
Corrección Diferencial - Postproceso
Datos se procesan despuésen la oficina
.
Estación de referencia enposición conocida
Usted en una posicióndesconocida
Datos Corregidos Vs. Datos Sin Corregir
Sin CorregirCorregidos
3-12
Asegurando datos de calidad Número de
satélites
SNR
PDOP
Elevación
Otros sistemas satelitalesOtros sistemas satelitales
En la actualidad existen otros sistemas satelitales que ofrecen el servicio de localización, como Inmarsat, AMSC (American Mobile Satellite Corp.), y OmniTRACS de Qualcomm, basándose en GPS y apoyándose en satélites geoestacionarios (GEOs) y sus respectivas estaciones terrenas de monitoreo;. los usos principales son el rastreo de flotillas de vehículos.
Con el lanzamiento de los satélites de órbita baja (LEO) y su puesta en operación en los próximos años, como por ejemplo Iridium, GlobalStar, Orbcomm, ODYSSEY, entre otros, habrá más opciones para aplicaciones en el área de la determinación de la posición.
En la prácticaEn la práctica
La precisión en GPS va a depender de varios factores: las señales que emiten los satélites dirigidas al usuario civil, éstas vienen con un error implícito conocido como disponibilidad selectiva. Otro factor es la desviación de los relojes; los relojes que traen internamente los receptores GPS por supuesto no son atómicos como los que traen los satélites, el costo de estos relojes pueden oscilar en el orden de $50,000 US dlls, por lo que es imposible e incosteable tener un receptor GPS dotado con un reloj atómico. Otro factor importante son las condiciones de radio-propagación de la ionosfera. Otro factor de error son las multitrayectorias de la señal, lo que hace que ésta al ser reflejada por un objeto sólido el tiempo de travesía sea inexacto. Estos y otros factores de error provocan que los cálculos que realiza el receptor GPS sean de poca aproximación.
GPS Usado en muchos campos
Marino
Militar
Consumidores
Aviación
MineríaConstrucciónAgricultura
Seguimiento
OEMSIG
Land SurveyGPS
Source
59
Qué es un sistema de Información Geográfica (SIG)
Un SIG es un sistema para manejar una base de datos con elementos distribuídos espacialmente y sus atributos asociados– Captura de datos espaciales– Administración– Despliegue– Análisis– Toma de decisiones
Entonces . . . Porqué usar GPS para captura de datos SIG?
61
Ofrece posiciones precisas para puntos, líneas y areas– Captura de datos SIG
Habilidad para navegar a elementos existentes
– Relocalización de elemen-– tos existentes para actualización– y verificación
Ideal para muchas aplicaciones SIG
Entonces . . . Porqué usar GPS para captura de datos SIG?
Aplicaciones de GPS en SIG Recursos Naturales Ambiental Urbano y Municipal Servicios
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Almacenamiento de Datos SIGDos tipos de datos en un SIG Cartográficos - datos espaciales
– Puntos– Líneas (Arcos)– Areas (Polígonos)
No-Cartográficos - descriptivos– Atributos– Valores de atributos
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Usando GPS para captura y actualización de datos SIG1. Preparación en la oficina
2. Captura de Datos en Campo
3. Proceso en la oficina
4. Actualización de datos
Costos GPS
Costos Trimble
GPS Geodésicos– T 4700 $60.000 US– Precisión de 5 mm, una hora de toma, con CRD– Precisión de 1 cm, 45 minutos de toma, con CRD– Componentes Independientes – T 4800 $68.000 US– Componentes Integrados en el bastón– Alquiler $100 US
Costos Trimble GPS Cartográficos y topográficos
– GPS Pathfinder Pro XR $13.000 US– Precisión de 50 a 10 cm , con CRD– Tiempo de Toma de 1 a 15 segundos.– Alquiler $75 US
GPS Navegadores– Geo Explorer $4.000 US– Precisión de 2 a 5 metros 1 minuto de toma, con CRD– Precisión de 1metro con toma de 40 minutos
Costos Adicionales
Opción de Satélite anual por cada receptor para desarrollar corrección diferencial en tiempo real $2.500 US
Radios de enlace en tiempo real repetidora y base móvil $6.800 US
Móvil Adicional$1.400 US Cursos de Capacitación $2.500 US
Costos CORVALLEIS GPS Cartográfico $3.000 US
– Precisión de 1 a 5 mt GPS Geodésico $40.000 US
– Precisión Submetrico– Doble Frecuencia– Opción de satélite– Opción de radio
GPS Navegadores $2.000 US– Precisión de 1a 5 mt con CRD
Contratación de toma de puntos en zona Urbana Topográficos
– Precisión de 25 m $25 US pto.– Precisión de 50 a 10 cm $175 US pto.
Geodésicos $175 US pto. Alquiler a particulares
– Un Operario Diario $ 45 US– Un equipo de 1 Frecuencia $ 100 US– Un equipo de 2 Frecuencia $ 200 US
Contratación de toma de puntos en zona Rural Topográficos
– Precisión de 25 m $20 US pto.
– Precisión de 50 a 10 cm $150 US pto.
Geodésicos $150 US pto.
Zona Roja $1.500 US pto.
Precisión
Cos
to
Relacion Costo Precisión
0
20000
40000
60000
80000
0 5 10 15 20
?