Sistemas de referencia, marcos de referencia y proyecciones

¡Bienvenidos de nuevo a objetivo geomática!

Después de una pausa (estudios, trabajo y ese tipo de cosas), volvemos con las pilas cargadas y con mucha más geoinformación que compartir.

En esta ocasión vamos a hablar de sistemas de referencia, marcos de referencia y proyecciones cartográficas.

Fuente: Google Maps

¿Alguna vez has visto estos números al buscar una localización?

Fuente: Wikipedia

¿Crees que las representaciones anteriores de la Tierra son correctas? ¿una de ellas está distorsionada?

Si estás empezando en el mundo de la geomática quizá te suenen las preguntas anteriores, pero aún tengas un poco de lío con ellas. Si por el contrario te mueves como pez en el agua en éste ámbito ya sabrás de qué se trata y lo confusos que pueden ser a veces los términos de los que vamos a hablar.

Todos estos conceptos que vamos a presentar a continuación  (sistema de referencia, marco de referencia y proyecciones), en definitiva sirven para un mismo propósito: contestar a la pregunta ¿dónde?

Conocer nuestra posición en el mundo así como dónde está todo aquello que nos rodea es una inquietud propia del ser humano.

Para saber dónde estamos o cómo llegar a algún lugar, necesitamos tener algo como referencia. Esto es así en nuestro día a día, si queremos indicar un lugar, no basta con decir "a la izquierda", ya que según hacia dónde miremos nuestra izquierda será una u otra, por lo que necesitamos tomar algo como referencia.

Esta referencia de la que hemos hablado es el sistema de referencia. Un sistema de referencia es una definición conceptual de teorías, hipótesis y constantes que permiten situar una tripleta de ejes coordenados en el espacio, definiendo su origen y su orientación [1]. Es decir, se trata de definir unos ejes que nos sirvan de referencia para poder definir dónde estamos, con respecto a esos ejes.

Fuente: ign.gob.ar

Estos ejes, el sistema de referencia, son unos ejes matemáticos, es decir, no podemos verlos. Por tanto, para poder trabajar con ellos en la práctica es necesario establecer de manera material algo que nos indique dónde están y como son estos ejes. A esto lo llamamos marco de referencia.

Un marco de referencia es la materialización de un sistema de referencia convencional a través de observaciones; se trata de un conjunto de puntos (lugares localizados en la superficie terrestre) con coordenadas y velocidades conocidas en ese sistema de referencia convencional y que sirven para materializar en el espacio el sistema de referencia [1]. Por tanto, un marco de referencia es un conjunto de puntos con posición conocida respecto al sistema de referencia que podemos utilizar para definir dónde estamos.

Existen distintos sistemas de referencia terrestre, ya que se definen distintos sistemas de referencia según la zona o la aplicación, que dependerán principalmente del elipsoide que se utiliza como referencia para definirlos (por ejemplo el ETRS89 es el Sistema de referencia Terrestre Europeo, que está ligado a la placa continental europea). Por tanto también existen distintos marcos de referencia. Además, podemos definir una posición respecto a un sistema de referencia de distintas maneras. Esto son sistemas de coordenadas. Por ejemplo, podemos hablar de coordenadas cartesianas (X, Y, Z) o de ángulos (latitud y longitud), en definitiva distintas maneras de referirse a los ejes establecidos.

Tenemos entonces un sistema de referencia, una serie de definiciones matemáticas que establecen unos ejes de coordenadas; un marco de referencia que nos materializa este sistema de referencia, ahora bien, ¿cómo plasmamos todo esto en un mapa?

Como sabemos, la Tierra no es plana (para saber más sobre la forma de la Tierra, puedes acceder aquí) por lo que representarla en una superficie plana no es sencillo. Para esto se utilizan las proyecciones cartográficas. 

Una proyección cartográfica es un sistema de representación gráfica que establece una relación ordenada entre los puntos de la superficie curva de la Tierra y los de una superficie plana (mapa) [2]. Es decir, mediante una proyección cartográfica, se establece la relación matemática entre la superficie de la Tierra y un plano. 

Más adelante dedicaremos una entrada a hablar únicamente de las proyecciones cartográficas, ya que existen muchos tipos de ellas y cada una se utiliza para un propósito diferente. Lo importante en este momento es destacar que ninguna proyección es perfecta, ya que todas presentan distorsiones. Algunas de ellas preservan las áreas o las distancias en alguna dirección determinada, por tanto, según la aplicación será más conveniente utilizar una u otra, pero todas presentan errores. 

A continuación se muestran un par de enlaces en los que vosotros mismos podéis jugar con las proyecciones y ver como, la apariencia de la representación de la Tierra cambia en función de la proyección escogida:

• http://kartograph.org/showcase/projections/#ortho
• http://projections.mgis.psu.edu

Fuentes:

[1] SISTEMA Y MARCO DE REFERENCIA TERRESTRE.  SISTEMAS DE COORDENADAS. Ángel Martín Furones Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodesia y Fotogrametria Universidad Politécnica de Valencia.

[2] https://es.wikipedia.org/wiki/Proyección_cartográfica

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Hasta aquí la entrada de hoy, ¿os ha resultado útil?

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¡Nos vemos muy pronto en Objetivo Geomática!

Distanciometría GNSS para metrología y control de deformaciones

¡Bienvenidos un domingo más a este rincón dedicado a la geomática!

Hoy es el último domingo del mes y estrenamos sección, cada último domingo de mes tendremos en el blog un trabajo realizado por algún estudiante o profesional de la geomática, ¿te lo vas a perder?

Inaugurando esta nueva sesión de blog os presento a continuación mi trabajo final de grado, no te lo pierdas y no te olvides de ver el vídeo al final de la entrada. ¡Empezamos!

Título: Distanciometría GNSS para metrología y control de deformaciones

Autor: Raquel Luján García-Muñoz

Tutor: Luis García-Asenjo Villamayor

Tipo de trabajo: Trabajo fin de grado

La determinación absoluta de distancias al aire libre con una incertidumbre de décimas de milímetro es objeto de creciente interés en campos como la metrología, proyectos de ingeniería singulares o monitorización de deformaciones en sitios críticos.

Para ello, se han empleado tradicionalmente distanciómetros electrónicos de alta precisión como el Kern ME5000. Debido a que este tipo de instrumentos ya no se fabrica, es necesario buscar otras vías para la obtención de distancias al aire libre de alta precisión, como el uso de GNSS. En el este trabajo se plantea la posibilidad de utilizar para este fin la tecnología GNSS, junto con software ya existente, realizando un estudio comparativo entre resultados obtenidos mediante el ME500 y observaciones GNSS en la base de calibración de la UPV.

Es decir, en este trabajo se intenta probar el potencial de la tecnología GNSS para la determinación de distancias de alta precisión.

Para ello, en la base de calibración de la UPV (ya hablaremos de qué es una base de calibración más adelante en el blog) se realizaron dos observaciones, una por métodos clásicos y otra mediante tecnología GNSS para posteriormente comparar los resultados.

En la imagen siguiente se muestra un esquema de los distintos procesos seguidos.

A continuación se describen brevemente ambas metodologías empleadas:

Distanciometría clásica

La observación con distanciómetro consiste básicamente en la utilización de un aparato que emite una onda que se hace rebotar en un prisma y volver al mismo, obteniendo así la distancia entre los dos puntos.

Se utilizó un Kern Mekometer ME5000, que es un instrumento de alta precisión perteneciente a la UCM. Además se tomaron datos atmosféricos para corregir las mediciones realizadas, ya que en función de la temperatura, la presión y la humedad la onda tiene un comportamiento distinto. En la siguiente imagen se muestran los instrumentos utilizados.

Se realizaron 4 series de medidas dobles y tras aplicar las correcciones atmosféricas pertinentes se obtuvieron tanto las distancias geométricas (con las que vamos a trabajar) como la constante instrumental obtenida mediante un procedimiento indicado en la norma ISO 17123-4.

Tecnología GNSS

Por otro lado se realizó una observación GNSS. Se realizaron observaciones nocturnas de 12 horas los mismos días que se realizaron las medidas mediante la otra metodología.

Como el objetivo es obtener una incertidumbre por debajo del milímetro se utilizaron antenas calibradas individualmente y con un diseño pensado para mitigar el efecto multipath y conseguir mejores precisiones. Además, a cada una de las antenas se conectaron dos receptores distintos, por un lado para poder observar si los receptores introducen ruido y por otro para garantizar la observación en caso de que uno de los dos fallase.

Fuente imagen receptor:www.sccssurvey.co.uk

A partir de la observación se obtuvieron, en primer lugar, las coordenadas aproximadas de cada punto, mediante la técnica PPP (también hablaremos de esto más adelante en el blog). Una vez conocidas las coordenadas aproximadas de los extremos se realizó un procesamiento relativo, es decir, se procesó el vector que une ambos puntos para obtener la distancia entre ellos.

Resultados

Realizando el proceso de cálculo pertinente de cada una de las metodologías obtenemos para cada un de ellas un valor de distancia, su desviación típica asociada y su incertidumbre, tal y como se muestran en la siguiente tabla.

	Distancia geométrica (m)	Desviación típica (mm)	Incertidumbre (mm)
EDM	94,40092	0,07	0,22
GNSS	94,40143	0,07	0,67

Como se puede apreciar, con ambas metodologías obtenemos una incertidumbre por debajo del milímetro. Además, la diferencia entre ambas distancias obtenidas es de tan solo medio milímetro.

Podemos concluir, por tanto, que la tecnología GNSS es una herramienta que presenta un gran potencial para la determinación de distancias al aire libre de alta precisión. 

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Y hasta aquí el primer trabajo mostrado en este blog. Se ha tratado de explicar muy brevemente en qué consistió el trabajo y los resultados obtenidos. No se ha profundizado mucho en el tema, pero espero que haya sido suficiente para transmitir la esencia del trabajo: se ha conseguido obtener, mediante GNSS distancias de alta precisión, lo cual es fundamental en algunos proyectos de ingeniería singulares y en control de deformaciones.

¿Qué os ha parecido? ¿Sabíais que, con el instrumental y la metodología adecuados, podemos obtener distancias tan precisas utilizando la tecnología GNSS?

Si tienes cualquier duda no dudes en dejar un comentario o ponerte en contacto conmigo.

👇 Te dejo el vídeo de esta entrada, una forma más visual de entender este trabajo 👇

Y tu, ¿has realizado algún trabajo en el ámbito de la geomática y quieres que aparezca en el blog? No dudes en decírmelo, cuantos más seamos más lejos llegará todo lo que la geomática es capaz de hacer.

¡Hasta el próximo domingo!

¿Qué forma tiene la Tierra?

¡Bienvenidos otro domingo más al blog!

Esta semana, como veis en el título, vamos a responder a la pregunta: ¿Qué forma tiene la Tierra?

No, no vamos a descubrir que la Tierra no es plana, eso ya lo tenemos asumido, ¿pero qué forma tiene realmente la Tierra?

Fuente: www.nasa.gov

Aparentemente, la Tierra vista en imágenes tomadas desde el espacio tiene forma esférica, pero sabemos que no es una esfera perfecta, sino que está "achatada por los polos".

La superficie matemática que representa la idea de "una esfera achatada por los polos" es el elipsoide, por tanto, en una primera aproximación podría decirse que la Tierra tiene forma de elipsoide.

No obstante, la Tierra no es exactamente un elipsoide ya que presenta irregularidades que no pueden ser representadas por esta superficie matemática. Entre los siglos XVIII y XIX se empieza a asumir que, gracias a medidas de precisión, la Tierra no se corresponde con un elipsoide. Entonces, ¿cuál es la forma de la Tierra?

La superficie que mejor representa la forma terrestre es el geoide.

Fuente: detopografia.blogspot.com.es

El geoide (imagen de arriba), se define como:

Superficie equipotencial del campo de gravedad terrestre y perpendicular a su dirección [1].

¿Qué quiere decir esto? El geoide es una superficie teórica en la cual todos los puntos tienen el mismo valor del potencial gravitatorio terrestre. Se trata por tanto de una figura física y no matemática como lo era el elipsoide.

Se aproxima a la superficie de los mares en calma, prolongados por debajo de los continentes.

Al ver la imagen del geoide y comparándola con la imagen de satélite esta no es la forma de la superficie terrestre. En la imagen se muestra exagerada la forma del geoide, ya que no se aprecia a simple vista sino que únicamente se aprecia al realizar medidas físicas.

Por tanto, tenemos dos superficies teóricas que pueden servirnos como referencia: el elipsoide y el geoide. A continuación exponemos cuándo se usa cada una de estas superficies.

Elipsoide

El elipsoide, como hemos dicho anteriormente, se trata de una superficie matemática, por tanto es mucho más sencillo trabajar con ella.

Se utiliza como referencia para la representación terrestre en mapas y para los sistemas GNSS de posicionamiento.

Geoide

El geoide se utiliza para aplicaciones como la determinación de la estructura interna del planeta, para una mejor determinación de las órbitas de los satélites o para poder llevar las medidas realizadas sobre la superficie terrestre a la superficie teórica del elipsoide.

Fuentes:
[1] Geodesia física, apuntes UPV. Ángel Esteban Martín Furones.

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¡Hasta aquí la entrada de esta semana! ¿Qué os ha parecido?

Si tienes cualquier duda deja un comentario o ponte en contacto conmigo.

Nos vemos la semana que viene con una entrada muy especial, ¡no te la pierdas!