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Sistemas de referencia globales. Uso local
Definición, marcos de referencia y procesos de trabajo para medir de modo local en los sistema de referencia globales: ETRS89, REGCAN95, WGS84, SIRGAS2000, MAGNA-SIRGAS, REGVEN, POSGAR98, POSGAR2007..
Los siguientes contenidos se basan en la aplicación del sistema de referencia ETRS89 en España, si bien, estos conceptos son aplicables para otros países que usen el mismo sistema o otros sistemas de referencia globales.
Contenido:
Sistema Geodésico de Referencia ETRS89 ►
Medición en el sistema ETRS89 ►
Sistema Geodésico de Referencia ETRS89
El Sistema Geodésico de Referencia ETRS89 se creó con la intención de tener un único sistema para toda Europa.
Procede del ITRS Sistema de Referencia Terrestre Internacional. El ITRS se desvía de la placa Euroasiática aproximadamente 3 cm/año.
Es el sistema preciso y estándar de coordenadas GPS para toda Europa, siendo el responsable de su mantenimiento EUREF (European Reference Frame), subcomisión de la IAG. EUREF adoptó en el congreso de Berna de marzo de 1992 el uso del Elipsoide GRS80.
Para mantener ETRS89, EUREF creó una red propia de Estaciones Permanentes GNSS denominada EPN (European Permanent Network).
En España, entró en vigor el 30 de agosto de 2007 por Real decreto 1071/2007, estableciéndose un periodo de transición desde el sistema ED-50 vigente hasta entonces, según los siguientes parámetros:
Pincha sobre el icono para descargar el Real decreto del sistema ETRS89.
● Desde el 1 de enero de 2012 no se puede seguir produciendo información cartografía en ED-50 (Cartografía vectorial, Cartografía ráster georeferenciada, Ortofotos, SIG, etc.).
● A partir del 2015 está prohibido utilizar información cartográfica en ED-50 en los productos cartográficos oficiales.
Si bien la ley es aplicable a la información cartográfica oficial, es recomendable su aplicación en los trabajos privados. Existen diferentes parámetros para transformar la información cartográfica, incluso de fácil aplicación con las aplicaciones informáticas actuales, pero se presenta el problema de los documentos que están en formato papel cuya transformación supone un alto coste. Esto va a generar que muchas administraciones con presupuestos más reducidos, tarden en implantar para su información cartográfica el nuevo sistema ETRS89.
Canarias utiliza el REGCAN 95, por encontrarse en otra placa oceánica. La metodología de observación es similar en ambos sistemas de referencia.
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Elipsoide y Datum ETRS89
El Sistema ETRS89 es un sistema geodésico global, definido por:
Todos los parámetros mostrados a continuación están implantados en las aplicaciones informáticas de los GNSS, por lo tanto no es necesario memorizarlos. No obstante se describen a continuación para poder establecer las diferencias con los Sistemas Geodésicos de Referencia establecidos en España y estudiar cómo llegar a transformar las observaciones GNSS a estos sistemas.
● Elipsoide GRS80 (REGCAN95 utiliza el elipsoide WGS84)
○ Semieje ecuatorial: a= 6.378.137 metros.
○ Aplanamiento polar: α =(a - b) / a = 1/298.25722.
● Datum:
Este sistema de referencia global es solidario al movimiento de la placa tectónica Euroasiática, cuantificando estos parámetros su movimiento respecto al sistema ITRS (Sistema de Referencia Terrestre Internacional).
○ Semieje mayor del elipsoide a = 6.378.137 metros.
○ Constante de gravitación (GM) u = 3.986.005*108m3/s2.
○ Coeficiente de forma dinámica (J2).
○ Velocidad angular de la Tierra w = 7.292.115*10-11rd/s.
● Origen del sistema de coordenadas (igual para REGCAN95 pero con el elipsoide WGS84):
○ Latitudes referidas al Ecuador y consideradas positivas al Norte del mismo
○ Longitudes referidas al Meridiano de Greenwich y consideradas positivas al Este y negativas al Oeste de dicho Meridiano.
○ El eje Z, es el eje de revolución del elipsoide.
○ El eje X es la intersección del Meridiano de Greenwich y al plano del Ecuador.
○ El eje Y situado en este plano, constituye con X, Z un sistema coordenado rectangular.
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Marcos de referencia ETRF89
Hasta la implantación del sistema ETRS89, en España han habido diferentes Marcos de Referencia con el objetivo común de ser sistemas compatibles con el sistema WGS84, entre otros Red IBERIA95, Red BALEAR98 y REGENTE2000. Éste último dotó de coordenadas WGS84i a algunos vértices de la ROI.
Bajo las siglas del Marco de Referencia ETRF89 (European Terrestrial Reference Frame 89) se engloban los siguientes Marcos de Referencia:
● Red REGENTE (Red Geodésica Nacional por Técnicas Espaciales)
Está constituida inicialmente por unos 1078 vértices ROI en la Península y Baleares o estaciones VLBI ó SLR. Al menos hay uno por cada hoja del Mapa Topográfico Nacional a escala 1/50.000, lo cual supone una distancia media entre vértices de 20 a 25 km. Se están realizando continuas campañas de observación por parte de las delegaciones del IGN en las comunidades autónomas, que van convirtiendo más vértices ROI en REGENTE.
Imagen de www.ign.es
Red REGENTE en la Península y Baleares. Sistema Geodésico de Referencia ETRS89.
Imagen de www.ign.es
Red REGENTE en Canarias. Sistema Geodésico de Referencia REGCAN95.
En Canarias, el proyecto REGENTE está constituido por 72 vértices repartido entre las siete islas y son el Marco de Referencia del sistema Geodésico de Referencia REGCAN95.
Los vértices REGENTE cumplían inicialmente las siguientes características:
■ Estar dotados de Centrado Forzoso
■ Ser accesibles. Ya no es necesario que esté en el lugar más elevado, puesto que con los GNSS no son necesarias las visuales largas.
■ Libres de interferencias radioeléctricas que puedan empeorar la señal GNSS o la radio de los receptores.
■ Con el horizonte despejado para evitar Multipath.
Éstos vértices fueron observados por técnicas espaciales o GNSS, dotándolos inicialmente de unas coordenadas (l, j, h) WGS84i denominadas REGENTE2000. Posteriormente fueron convertidas tras la aprobación del real decreto, en coordenadas del Sistema Geodésico de Referencia ETRS89. Cuando se consulte una reseña de un vértice REGENTE, hay que cerciorarse de utilizar las del sistema ETRS89 y no las WGS84, existiendo entre ambos una distancia media elipsoidal 2,5 cm.
Precisión en (l, j, h) ETRS89:
■ Absoluta < 5 cm entre todos los vértices
■ Relativa respecto a los vértices próximos en torno a 1 – 2 cm.
Inicialmente estaban dotados de altitud ortométrica más de un 10% de los vértices, con precisión subcentimétrica a través del correspondiente enlace con la Red de Nivelación de Alta Precisión. Recientemente se ha terminado una nueva campaña de observación de la red de Nivelación de Alta Precisión, dotando de altitud ortométricas más precisas a más vértices, además se ha realizado un nuevo cálculo de todas las observaciones trigonométricas de los años 80, mejorando la precisión de las altitudes.
Cuando nos descargamos las reseña de un vértice, hay que tener en cuenta:
● Red ROI (Red de Orden Inferior de la Red Geodésica Española)
Implantada, observada, calculada y mantenida por el IGN, está constituida aproximadamente por 11.000 vértices geodésicos con una distancia entre ellos de 3 a 12 km, permitiendo la visibilidad entre ellos para realizar observaciones angulares.
Están identificados por un número de 6 cifras (esta denominación se ha mantenido en los REGENTE), las cuatro primeras corresponden al número de la hoja del Mapa Topográfico Nacional a escala 1/50.000 y las dos últimas es un número correlativo.
Por ejemplo el vértice 058137, corresponde a la hoja 581 y tiene el número 37 dentro de la hoja
Las coordenadas fueron obtenidas por observaciones terrestres (observaciones angulares y algunas distancias base) en el Sistema Geodésico de Referencia ED-50.
A pesar que las observaciones se realizaron con la mejor metodología e instrumentación disponible, se obtuvieron en ED-50 una precisión nominal de 0,30 m, provocado entre otras causas por el tipo de observación (terrestre) y la imposibilidad de ajustar antes de los años 80, todas las observaciones en un único bloque.
Esta precisión puede parecer que no es adecuada para afrontar los proyectos de ingeniería, aunque fue el Marco de Referencia de los todos los proyectos y se sigue utilizando hasta que se realicen definitivamente en ETRS89, pero es superior a lo necesario para realizar la cartografía a 1/50.000 que era el objetivo principal e incluso el 1/25.000.
En 2008, el IGN realizó un cálculo de los ROI en ETRS89 a partir del costreñimiento de las coordenadas (coordenadas fijas en el ajuste) en ETRS89 de los vértices REGENTE y con las observaciones angulares de los años 80, revisadas y promediadas nuevamente.
En 2010, una vez terminada la campaña de Nivelación de alta precisión, se realizó un nuevo cálculo en ETRS89, sobre todo para mejorar la altitud elipsoidal, teniendo en cuenta entre otros factores la desviación de la vertical y la detección de nuevos errores en las observaciones anteriores a los años 80, como la altura de mira en el vértice visado, pudiendo ser de hasta 1,20 m.
En el ajuste se obtuvieron los siguientes resultados:
■ Planimetría. Una desviaciones estándar de valor promedio de 3,7 cm y un promedio del semieje mayor de las elipses de error (95% confianza) de 9.7 cm. En gráfico representa la desviación estándar obtenida en el cálculo:
Imagen de Ajuste de ROI en ortometricas.pdf de ftp.ign.es. Centro de Observaciones Geodésicas. Subdir. Gral de Astronomía, Geodesia y Geofísica. Instituto Geográfico Nacional
Los vértices con precisión por debajo de los 3 cm, corresponden en su mayoría a los observados por técnicas GNSS, es decir los de la red REGENTE y los ROI de algunas comunidades autónomas que han sido observado con GNSS.
■ Altimetría (altitudes elipsoidales sobre el elipsoide GRS80). La elipse (o vector) de error vertical (95% confianza) promedio es de 8.8 cm (en el cálculo del 2008 fue de 19.4 cm). El 81% de los vértices tienen una elipse de error menor que 10 cm. En gráfico representa la desviación estándar obtenida en el cálculo:
Imagen de Ajuste de ROI en ortometricas.pdf de ftp.ign.es. Centro de Observaciones Geodésicas. Subdir. Gral de Astronomía, Geodesia y Geofísica. Instituto Geográfico Nacional
Igual que el caso de la planimetría, los vértices con errores por debajo de los 0,05 m, corresponden en su mayoría a la Red REGENTE y a los observados por técnicas GNSS.
Cuando nos descargamos la reseña de un vértice, si es un vértice ROI aparecen las desviaciones estándar.
Imagen del cuadro de coordenadas es de www.ign.es
● Redes de estaciones de referencia permanentes GPS
Son grupos de antenas GPS de referencia (FIJOS), que por su distribución geográfica permiten que el usuario del GNSS trabaje en Estático o en Cinemático con coordenadas WGS84i en:
■ ETRS89, son un marco de referencia activo del Sistema Geodésico de Referencia.
■ o REGENTE2000, considerando la diferencia media 2,5 cm con las ETRS89 inicialmente despreciable, se puede considerar también como Marco de Referencia ETRS89.
Las redes podrían clasificarse en:
■ Oficiales. Europeas, IGN, Comunidades autónomas, etc.
■ Privadas. Red Iberef-GPS (Leica Geosystems), Red TOPCON (InlandGeo), TRIMBLE (TRIMBLE VRS Now Madrid), empresas de topografía o distribuidoras como la red de ISTOP, etc.
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Medición en el sistema ETRS89
Al ser el sistema ETRS89 un sistema compatible con el GPS, ¿cómo tenemos que observar en ETRS89?
Contenidos del vídeo: Sistema de referencia ETRS89 en mediciones GPS; Simulación Levantamiento de una parcela; Página del IGN. Vértices; Búsqueda de vértices gráfica o por propiedades o metadatos; Selección vértice Regente; Reseña; Vértice ROI más cercano; Estacionamiento sobre el vértice; Montaje con Basada; Nombre proyecto, con coordenadas WGS84; Receptor obtiene WGS84; Introducción de las coordenadas ETRS89 en el FIJO con WGS84; Altura del aparato en la base del pilar; Coordenadas REGCAN95; WGS84i=GRS80 -> WGS84i = ETRS89; Móvil obtiene WGS84i=ETRS89 precisas respecto al fijo; Estación de referencia. Iberef; Guía de conexión. IP y Puerta; Móvil obtiene WGS84i=ETRS89 precisas respecto a la Estación de Referencia.
El video muestra cómo obtener las coordenadas (l, j, h) ETRS89 en RTK, siendo los procesos en Estático similares. Solo hay que fijar las coordenadas (l, j, h) WGS84 i como (l, j, h) ETRS89 de los vértices estacionados o de las Estaciones de Referencia, antes del cálculo de las líneas base en postproceso.
Aunque las aplicaciones informáticas actuales permiten trabajar y representar las coordenadas (l, j, h) ETRS89, la representación plana sigue siendo la más habitual, existiendo el problema de pasar las coordenadas elipsoidales (sobre un elipsoide) a un soporte plano “el problema de envolver la pelota con un papel sin crear arrugas”. Para obtener las coordenadas Este y Norte o (X, Y) a partir las coordenadas (l, j, h) ETRS89, es preciso utilizar una proyección cartográfica, por ejemplo la UTM.
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