lunes, 28 de septiembre de 2015

Sistemas geodésicos argentinos antiguos

En la Argentina existieron distintos sistemas geodésicos sostenidos por redes de triangulación con arranque en puntos astronómicos sobre los que incluiremos una descripción breve seguida de una tabla que resume los datos básicos de cada uno de ellos y las fuentes donde encontrar mayor información, admitiendo – asimismo – que la lista de sistemas como las fuentes pueden ser incompletas.

Campo Inchauspe 1954. Está sostenido por los anillos de triangulación que formaron parte de la compensación original y los agregados que totalizaron 16 y se extienden entre los paralelos  - 30° y – 40° y los meridianos – 58° y – 68° (fig. 1). El origen fue el punto Campo Inchauspe (- 36°/- 62°) y la escala dada por 30 bases geodésicas. Su sucesor fue Inchauspe 69 que utilizó las mismas observaciones de campo.

Figura 1

El promedio de las diferencias con Inchauspe 69 se muestran en la tabla y el motivo principal de las mismas es el cambio de las coordenadas astronómicas que sufrió el propio punto origen con motivo de su recálculo para utilizar el Origen Internacional Convencional recomendado en 1967 por Unión Internacional de Geodesia y Geofísica.

Campo Inchauspe 1969. Uno de los hitos de la geodesia argentina que constituye también la última etapa de la geodesia tradicional sostenida por redes de triangulación. Es un sistema que cubre todo el país mediante 44 polígonos de triangulación con origen en el punto astronómico que le dio nombre al sistema. La compensación original comprendió 19 polígonos que incluye 922 puntos y en la que participaron 4655 observaciones (direcciones angulares, bases y acimutes astronómicos) cuyo error medio fue 0.42”. Los polígonos agregados en distintas etapas mantuvieron fijas las posiciones previas. 

Carranza.  En la provincia de Catamarca, con arranque en el astronómico Carranza dándole escala la base Chumbicha y extendido entre las latitudes -28.5° y -29° y entre las longitudes -66° y -66.5°.

Castelli. El más extenso  de todos cubriendo parcialmente varias provincias como Buenos Aires, Córdoba, Corrientes, Entre Ríos, Mendoza, Misiones, San Juan y Santa Fe totalizando, en los cuatro órdenes, 3619 puntos (fig. 2).
Figura 2

El origen es el punto astronómico medido en el extremo SE de la base Castelli (-36°/-58°) siendo esta base una de las trece que forman parte del sistema.

Las coordenadas y los gráficos la red fueron publicados por el IGM en 1948 (en dos partes, una para los puntos de I y II orden y otra para los de III y IV).

Sólo una mínima parte (53 puntos) fue reducida a Campo Inchauspe 1969, la comprendida entre la costa bonaerense y el meridiano -58°.

Las diferencias de coordenadas con Inchauspe 69 adquieren valores diferentes de acuerdo a la zona donde se los calcule. Por tal razón en la tabla las diferencias se indican por provincia.

Chos Malal. Tiene su origen en la estación astronómica ubicada en la localidad del mismo nombre (1914) y se midieron dos bases una en Chos Malal y otra en Quiñi Huao (Río Negro) por lo que también al sistema se lo denomina así.

La red establecida por el IGM cubrió una parte de la Provincia de Neuquén y también otras en La Pampa, Mendoza y Río Negro (fig. 2).

Hito XVIII. Este sistema ubicado en la isla de Tierra del Fuego tiene como origen en el punto astronómico de la sección I del sistema limítrofe. En este caso no es posible determinar diferencias con Campo Inchauspe 1969 pues este sistema no se desarrolló en la isla.

Pampa del Castillo. Fue desarrollado en la por entonces Gobernación o Zona Militar de Comodoro Rivadavia y data de 1943. El origen es la estación astronómica del mismo nombre y la escala fue dada por una base igualmente identificada cubriendo desde Comodoro Rivadavia hasta el meridiano –69 con un desarrollo en el sentido Norte – Sur desde -44.5° a -46° (fig. 2).

SAD 69. El Datum Sudamericano de 1969 es un sistema que abarca toda la América del Sur con unos 1500 vértices y origen en el punto astronómico brasileño Chuá (- 20°/- 44°) cuya compensación arrojó un error medio cuadrático de 0.44”.

Una descripción de las operaciones realizadas, los resultados alcanzados, los parámetros de transformación con los datums anteriores y un modelo de geoide se encuentra en el artículo elaborado por Irene Fischer publicado en la Revista Cartográfica del I.P.G.H. N° 23 del año 1972.

Los parámetros de transformación para pasar de a Campo Inchauspe a SAD 69 son:

DX - 83    DY + 180    DZ + 120  (metros)

siendo necesario considerar las diferencias entre el semieje mayor y el aplanamiento de los elipsoides utilizados, SAD 69 (a = 6378160 metros y f = 1/298.25 para el sistema continental  e Internacional de 1924 para Campo Inchauspe.

En la Argentina el sistema tuvo muy escasas aplicaciones.

Tapi Aike. Establecido entre 1945 y 1946. Su origen es el astronómico coincidente con el extremo Sur de la base del mismo nombre. Se extiende entre los paralelos –50 y –52 y los meridianos –69 y –72 mediante varios arcos calculados como triangulación de enlace y sirvió como apoyo de la cartografía levantada en la misma época a escala 1:100000 de ese sector de la provincia de Santa Cruz.

Ubajay. Se extiende sobre el Río Uruguay entre los paralelos - 30° y – 34.5° (fig. 2). Está materializado por la llamada cadena internacional dado que una parte de puntos está ubicada en la Argentina (Entre Ríos y Corrientes) y otra en Uruguay, donde al sistema se lo identifica como Queguay. Tiene la particularidad de contar con la base geodésica más larga medida en el país, El Palmar (Ubajay - Mudry), de 34 km y el astronómico Ubajay le sirvió de origen.

La cadena de triangulación es un acuerdo firmado entre la Argentina y Uruguay el 11 de abril de 1918 y ratificado por la ley argentina 11175.

Uspallata. Lo implantó en 41 campañas – entre 1934 y 1980 - la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires desde la ciudad de Mendoza hasta el Cristo Redentor con origen en el astronómico de igual nombre y bases en Villavicencio, Uspallata y Cacheuta. Está integrado por 37 puntos y fue calculado en forma independiente pero se encuentra vinculado a Campo Inchauspe 1969.

Cabe mencionar que en 1977 el Instituto de Geodesia realizó la vinculación, mediante la tecnología Doppler, entre la red Uspallata y la sección XII del sistema limítrofe con Chile al ocupar los puntos Extremo N.E. de la Base Uspallata y el astronómico Paso de la Cumbre (Cristo Redentor) resultando de ese modo, indirectamente, relacionados el sistema limítrofe con Campo Inchauspe 1969.

25 de Mayo. En la provincia de San Juan con origen en el astronómico KM 261 dándole escala la base 25 de Mayo.  Se extiende entre las latitudes -31° y 32° y las longitudes -68° y 69° aproximadamente.

Yavi. Un sistema que cubre una parte de la provincia de Jujuy con origen en el punto astronómico del mismo nombre y una base también en Yavi y otra en El Churcal (fig. 2).

La tabla que sigue contiene los datos básicos de los sistemas mencionados previamente incluyendo el promedio de las diferencias de coordenadas planas encontradas, en una serie de puntos comunes, entre el sistema Campo Inchauspe 1969 y las correspondientes a cada uno de tales sistemas, por ejemplo:

DX = X CAI 69 – X CAI 54
DY = Y CAI 69 – Y CAI 54

que bien pueden considerarse como parámetros de transformación.

En la última columna se indica si tal sistema fue reducido a Campo Inchauspe 1969.




Con respecto a los sistemas mencionados es oportuno señalar que sus cálculos no respondieron a un patrón común y que no fueron sometidos a una compensación, salvo Campo Inchauspe 1954, por lo que las diferencias de coordenadas encontradas no siempre son congruentes dentro una misma zona, pudiendo estimarse que sus valores pueden oscilar entre ± 1 y ± 3 metros tanto para X como para Y, salvo en el caso de Tapi Aike que pueden ser superiores.

La mayor parte de las reducciones a Campo Inchauspe 1969 fueron realizadas mediante el programa de compensación diseñado para redes intercaladas sometidas (constrained) a puntos de orden superior identificado como de los gradientes conjugados que opera en forma iterativa y cuyo autor fue Alfredo Vicente Elías.  

Es conveniente señalar asimismo que la posibilidad de contar con coordenadas Inchauspe 69 o los parámetros necesarios para llevar las coordenadas originales también a Campo Inchauspe 1969 es ventajosa pues desde el mismo existen soluciones para su transformación a POSGAR 94. Los parámetros más difundidos son los publicados por la DMA (Agencia Cartográfica de Defensa de Estados Unidos de América) en 1987 (DMA TR 8350.2) a saber:

DX  - 148    DY  + 136    DZ  + 90  (metros)

siendo necesario considerar las diferencias entre el semieje mayor y el aplanamiento de los elipsoides utilizados, Internacional en Campo Inchauspe y WGS 84 en POSGAR 94.

En 1997 fueron publicados estos tres parámetros:

DX  - 148.9    DY  + 135.6    DZ + 90.1  (metros)

que también incluye las expresiones matemáticas y los coeficientes de una regresión múltiple, considerada como las más conveniente de las transformaciones.


Sistemas limítrofes

La Comisión Nacional de Límites Internacionales (CONALI) acordó con Chile  la creación de 16 sistemas (secciones) de 2° de extensión cada una en el sentido Norte – Sur, salvo la II, a lo largo del límite entre ambos países. El origen de cada sistema fue un punto astronómico con una base geodésica, en el caso de una triangulación, que se extendía hasta otra estación astronómica en la latitud media de la sección para control de la orientación. Las mediciones más modernas recurrieron – dentro del mismo esquema – a las poligonales cuyos lados fueron medidos con electrodistanciómetros.

Límite con Bolivia. Los sistemas geodésicos para determinar las coordenadas de los hitos fronterizos también se determinaron a través de puntos astronómicos y triangulación cuya escala fue dada por la base argentina Yavi, medida en 1934.

En el caso de Paraguay también los arranques de las redes fueron puntos astronómicos.

Con Brasil solo existe un punto astronómico (Astro Naciente Pepirí Guazú, -26°/-53°) en la localidad argentina Bernardo de Irigoyen, cercana a la brasileña Dionisio Cerqueira, área donde se encuentra la reducida frontera seca entre la Argentina y Brasil.

Sistemas costeros

El Servicio de Hidrografía Naval también desarrolló distintos sistemas costeros – algunos relacionados a Campo Inchauspe 1969 – tales como toda la costa de la Provincia de Buenos Aires, San Antonio, Punta Delgada, Punta Quilla y otros.

Ampliación de redes

YPF realizó la extensión de los sistemas Chos Malal, Pampa del Castillo, Tapi Aike y también Campo Inchauspe en áreas de interés para la exploración petrolera y estableció un sistema – Aguaray – en Salta, Formosa, Jujuy y Chaco. Los datos no han sido publicados en forma regular.

POSGAR 94 y POSGAR 2007

Actualmente puede considerarse antiguo al marco POSGAR 94 - y también a POSGAR 98 -pero sobre los mismos existen referencias en las publicaciones geodésicas y también en Internet. Sólo citaremos los parámetros para pasar de POSGAR 94 a POSGAR 2007, que tienen el mismo elipsoide asociado y resultan de comparar las coordenadas de 52 puntos comunes entre ambas redes nacionales:

DX  + 0.41    DY  - 0.46     DZ  + 0.35  (metros)


Bibliografía

Programación de la compensación de las redes argentinas, A. H. J. Christensen/A. V. Elías, CNUGGI, 1973

100 Años en el Quehacer Cartográfico del País publicado por el IGM en 1979 (las figuras 1 y 2 pertenecen a este volumen)

Revista IGM, número 3 (1987) y número 5 (1988)

Sistemas Geodésicos, editado por el CNUGGI en 1999

Triangulation adjustments in Buenos Aires, A. H. J. Christensen, ACSM Bulletin, December 2007

50 años de geodesia argentina, R. C. Rodríguez, Universidad de Morón, 2013.

Aporte realizado por el Agrim. Rubén C. Rodríguez.

viernes, 31 de julio de 2015

Observatorio Geodésico Argentino – Alemán (AGGO)

El ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, Lino Barañao, encabezó la inauguración del observatorio el pasado 23 de julio y señaló que el mismo “representa un hito para la ciencia argentina, no sólo por su aporte al sistema científico tecnológico, sino también por el valor simbólico que trae aparejado en cuanto a la posibilidad de trabajo en conjunto entre dos países”. Al analizar la actualidad del ámbito de la ciencia mundial,  subrayó que “se pone en evidencia la necesidad de la cooperación internacional, ya que el contexto global nos obliga a repensar estrategias de interacción en ciencia, como sucede con AGGO que es un ejemplo de diplomacia científica que debe seguir reproduciéndose a futuro”

Por su parte, el coordinador científico general del proyecto y miembro del CONICET, Dr. Claudio Brunini, se refirió a las características técnicas del observatorio y remarcó que “es uno de los mayores del mundo y uno de los más importantes del hemisferio sur, capaz de brindar servicios a la comunidad para el mejor aprovechamiento y conocimiento de los procesos de cambio global, que va a rendir sus frutos porque es un bien colectivo para toda la sociedad”.

Fuente: www.conicet.gov.ar

El observatorio está compuesto por una serie de instrumentos, entre los cuales se destacan un radiotelescopio para interferometría de bases muy largas (VLBI: Very Long Base Interferometry), un telescopio láser para telemetría a satélites artificiales (SLR: Satellite Laser Ranging), varios receptores GNSS, gravímetros de alta precisión, relojes atómicos,  sismógrafos, sensores meteorológicos e hidrológicos, entre otros componentes.

AGGO se encuentra emplazado en proximidades del Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR), dentro del Parque Pereyra Iraola, en la provincia de Buenos Aires, y es una contribución para el monitoreo del sistema Tierra que incluye a los procesos globales relacionados con los cambios en el nivel del mar, las variaciones del campo de gravedad, las deformaciones de la corteza terrestre, las variaciones de la rotación del planeta,  las modificaciones en el ciclo hidrológico, la dinámica entre la atmósfera y el océano y la dinámica de las masas de hielo, entre otras aplicaciones.

La noticia del Ministerio señala que las obras de infraestructura del observatorio, que fue desarrollado y construido en Alemania, fueron financiadas por la cartera de Ciencia, a través del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas (CONICET), con una inversión cercana a los $10.000.000, mientras que la inversión total para su puesta en funcionamiento fue de €20.000.000 por parte de la Agencia Federal de Cartografía y Geodesia de Alemania (BKG, por sus siglas en alemán). 

Su instalación es una respuesta a la necesidad de mejorar la cobertura de la infraestructura geodésica global en el hemisferio sur, dado que estos observatorios conforman la base del Marco de Referencia Terrestre International (ITRF), que para su materialización y mejoramiento continuo necesita que estos complejos multi-instrumentales se encuentren adecuadamente distribuidos por todo el planeta. Es para destacar que AGGO constituye el único observatorio de este tipo en América Latina y el Caribe.

Los interesados en ampliar la información sobre el observatorio y su historial pueden consultar la presentación realizada en el Simposio SIRGAS 2014 por elDr. Claudio Brunini (CONICET) y Hayo Hase (BKG).


Fuentes consultadas:

Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva (2015). Inauguración del Observatorio Argentino – Alemán de Geodesia (AGGO), http://www.mincyt.gob.ar/noticias/inauguracion-del-observatorio-argentino-aleman-de-geodesia-aggo-11297

Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) 2015, El CONICET inauguró el Observatorio Argentino – Alemán de Geodesia (AGGO), http://www.conicet.gov.ar/el-conicet-inauguro-el-observatorio-argentino-aleman-de-geodesia-aggo/

lunes, 22 de junio de 2015

Modernización del GPS y las nuevas señales

El programa de modernización es el resultado de un plan estratégico que comenzó a ser desarrollado 3 años después que el sistema GPS se declarara completamente operativo en julio de 1995, y engloba a un conjunto de mejoras que van desde la  constelación incluyendo a los satélites del bloque IIR(M), IIF y III; pasando por el segmento de control, incluyendo el Plan de Evolución de la Arquitectura (AEP) y el Sistema de Control Operacional de Nueva Generación (OCX). El calendario oficial para las mejoras en paralelo a los segmentos espacial y de control se muestra a continuación (corregido a Mayo de 2012):


Este programa está incorporando las tecnologías más modernas que mejoran la performance del sistema de posicionamiento en su conjunto. Por ejemplo, están siendo reemplazados todos los sistemas informáticos y de comunicaciones por una arquitectura basada en red, que permitirá mejores conexiones y más frecuentes introducciones de comandos desde el segmento de control a la constelación.

Pero el objetivo principal de la modernización del GPS es el agregado de nuevas señales de navegación a los satélites. El gobierno norteamericano se encuentra en proceso de despliegue de tres nuevas señales diseñadas para usos civiles: L2C, L5, y L1C. Las señal tradicional L1 C/A se continuará transmitiendo en el futuro -como ya habíamos mencionado en otro artículo- para preservar la compatibilidad hacia atrás, en tanto que aquellos usuarios que quieran beneficiarse de las nuevas señales tendrán que actualizar su equipamiento.

Las nuevas señales civiles se están introduciendo progresivamente en la medida que la Fuerza Aérea lanze los nuevos satélites en sustitución de los que se encuentran operativos actualmente. Casi todas las nuevas señales serán de uso limitado hasta que sean transmitidas en al menos 18 satélites y hasta completar la nueva constelación.


Segunda señal civil L2C

Ha sido diseñada para aplicaciones comerciales y se comenzó a transmitir en el primer satélite del bloque IIR (M) lanzado en 2005, la cual se encuentra a la fecha en estado pre-operativo siendo transmitida por 16 satélites a una frecuencia de 1227.60 Mhz (igual que la L2 original). 

La nueva L2C lleva una nueva señal militar, el código M, y el ya conocido código P (Y), pero la novedad más importante para los usuarios civiles es la introducción de dos nuevos códigos para usos civiles llamados L2CM y L2CL. La designación CM significa código civil de longitud moderada y es modulado con un mensaje de navegación mejorado conocido como CNAV que se transmite a 25 bps a una frecuencia de 10.23 Mhz y se repite cada 20 milisegundos, en tanto que el segundo código denominado de longitud larga no contiene datos y se repite cada 1.5 segundos. Este diseño ofrece mejores umbrales de rastreo y de mensajes que la señal L1 C/A. 

Recién en abril de 2014, la Fuerza Aérea comenzó a transmitir el mensaje de navegación civil (CNAV) sobre las señales L2C y L5, y su información es esencialmente la misma que contiene el mensaje original de la señal, que incluye el almanaque, las efemérides, el tiempo y la salud de los satélites, aunque los datos son de mayor calidad para proveer servicios de posicionamiento de mayor exactitud.

Para aplicaciones profesionales, la L2C proporciona una adquisición de la señal más rápida, con una mayor fiabilidad, amplitud de rango operativo y poder de transmisión superior que la original L1 C/A. Todo esto representa una serie de ventajas prácticas para los usuarios que tienen que ver con una mayor tolerancia a las interferencias, más estabilidad de la señal, mayor resistencia al efecto multicamino (multipath) y mejor capacidad de rastreo de la señal con menos ciclos perdidos en áreas con obstrucciones incluyendo zonas boscosas, próximas a construcciones o ambientes urbanizados con edificios en altura. 

De la misma manera que con los receptores de 2 frecuencias y tal como ha venido ocurriendo hasta el presente, la combinación entre L1 C/A con L2C permite calcular la corrección ionosférica para remover su influencia en bases largas o muy largas y el desarrollo de aplicaciones en tiempo real. 


Tercera señal civil L5

La Fuerza Aérea comenzó a transmitir esta señal en 2009 de manera experimental en un satélite IIR-M, mientras que el primer satélite del bloque IIF lanzado en mayo de 2010 fue equipado con un transmisor completamente operativo de la señal L5. Al 21 de Abril de 2015, la transmisión de esta señal se encuentra en estado pre-operativo y es transmitida por 9 satélites a una frecuencia de 1176.45 Mhz, y se espera que esté disponible en 24 satélites alrededor del 2021.

L5 fue especialmente diseñada para satisfacer los requerimientos de seguridad de vida en el transporte y otras aplicaciones de alta performance, y es transmitida en una banda de radio reservada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones para Servicios de Radionavegación Aeronáutica (ARNS) para servicios de seguridad de la aviación. Por lo tanto, esta señal no es propensa a interferencias con sistemas terrestres de ayuda a la navegación, y además L5 compartirá espacio con la señal E5 del sistema de la Unión Europea Galileo.

Sus principales características son un alto poder de transmisión, gran ancho de banda y diseño avanzado de la señal. Adicionalmente al mejoramiento de la seguridad, la utilización de L5 incrementará la eficiencia de todos los sistemas de transporte no solo por aire sino además por tierra y por agua. Pero más allá de esto, todos los usuarios se verán beneficiados con servicios de posicionamiento más robustos, cuando esta señal sea utilizada en combinación con L1 C/A y L2C, es decir a través del empleo de tres frecuencias, que permitirá exactitudes submétricas sin necesidad de sistemas de aumentación.

Asimismo cabe considerar que L5 no transmite ninguna señal militar y tiene una señal modulada con datos y una sin datos, siendo ambas transmitidas en una frecuencia de 10.23 Mhz. Esto quiere decir que L5 tendrá códigos 10 veces más rápidos y más largos que el código C/A de manera que los riesgos de interferencia serán muy bajos y permitirá mediciones de pseudodistancias (pseudorange) más exactas.

Cuarta señal civil L1C

Esta señal que no debe confundirse con la L1 C/A, comenzará a transmitirse por el 2016 con los satélites GPS III, y se espera que esté disponible en toda la constelación alrededor del 2026.


La L1C ha sido desarrollada en conjunto por los Estados Unidos y la Unión Europea como una señal civil compartida para GPS y Galileo, y se transmitirá a la misma frecuencia que la señal original L1 C/A, es decir a 1575.42 Mhz, que mantendrá la compatibilidad hacia atrás y tendrá al igual que la L2C dos señales militares adicionales (códigos P y M).

Al igual que L2C y L5, L1C se transmitirá a una potencia mayor, lo cual significa que la señal será más fuerte cuando arribe a la superficie terrestre, hecho que representará una mejora a nivel de recepción de la señal, acortamiento del tiempo de adquisición y evitará interferencias, sobre todo en ambientes “hostiles” como las grandes ciudades. 


Fuentes consultadas:

Fontana R., Cheung W. & Stansell T. (2001). The Modernized L2 Civil Signal. Revista GPS World, http://web.ydu.edu.tw/~ccchang/ModernizedL2CivilSignal.pdf

InsideGNSS (2007), Enhancing the Future of Civil GPS: Overview of the L1C Signal, http://www.insidegnss.com/node/485

Meurer M., Erker S., Thölert S., Montenbruck O., Hauschild A., & Langley R. (2009), L5 First Light. Revista GPS World, http://gpsworld.com/innovation-l5-signal-first-light/

Sitio oficial de GPS (2015), The new signals, http://www.gps.gov/systems/gps/modernization/civilsignals/