Estació n Referencia GPS

Estación Referencia GPS
Una red de estaciones GNSS (Global Navigation Satellite Service) avanzaría la capacidad de realizar
estudios científico/técnicos y de promover servicios para empresas, instituciones y organismos.
En
estos
tiempos
de
tanta
especialización
hay
pocos
equipos científicos que sean tan
multidisciplinares como un simple receptor GNSS de calidad geodésica.
Una red de receptores
GNSS
consiste
en cadenas
de puntos
geográficos ocupados
permanentemente por antenas y receptores GNSS de calidad geodésica. Estas estaciones graban
medidas a los satélites (GPS, GLONASS y próximamente Galileo y Compass).
Analizando los datos
recabados por estas estaciones se pueden dar servicios regionales y globales de; correcciones a
topógrafos, sistemas de información geográfica (GIS), correcciones diferenciales, análisis
meteorológico, análisis terrestre local (terremotos, movimientos de placas, dinámicas
subterráneas, etc.), monitorización de las constelación de satélites, etc.
A través de la publicación y coordinación de los datos brutos de todas las estaciones se puede
desarrollar una red mixta sin que todo el esfuerzo de inversión y mantenimiento tenga que venir
de la misma fuente. La idea en estas páginas es presentar las ventajas de la instalación de una red
GNSS con un objetivo dual de: 1.) provisión de datos a un futuro servicio de correcciones
diferenciales y 2.) la distribución de datos libremente para cualquier aplicación e investigación actual
o futura.
La instalación de estos receptores GNSS no es técnicamente compleja ni supone un gran esfuerzo
económico Las señales GNSS se encuentra en todo nuestro alrededor de manera ubicua y la recepción de
la señal de navegación de los satélites GPS, GLONASS, etc. no genera interferencias a otros equipos, ni
ningún otro efecto apreciable. La utilidad de estas estaciones GNSS es su operación continuada
durante años para tener series temporales muy largas y datos estables que permitan desarrollar
aplicaciones y servicios para diferentes grupos de usuarios.
1
Introducción
Una red continúa de datos GNSS (Sistema por Satélite de Navegación Global en sus siglas inglesas,
que incluye GPS, GLONASS y los futuros Galileo y Compass). Las
cadenas
de
puntos
redes
de
receptores
geográficos ocupados permanentemente
GNSS
son
por antenas GNSS
omnidireccionales de calidad geodésica, conectadas a receptores geodésicos de doble frecuencia
(son receptores de GPS que también pueden recoger datos de GLONASS y de las futuras
constelaciones.
Podemos ver en este gráfico la red de estaciones del IGN (Instituto Geográfico Nacional) en España:
Red de estaciones GNSS en la península Ibérica
También podemos ver la red de estaciones GNSS de IGS (InternacionalGNSS Service). En
esta red están integradas estaciones de mas de 50 organismos y todos los datos son accesibles a
científicos y técnicos de cualquier país para cualquier uso, libremente:
Red de estaciones GNSS activas que forman parte de IGS
También es interesante ver la red de estaciones GNSS en Japón, un país muy preocupado por los terremotos y los
maremotos:
En
estas
páginas
presentamos
los
beneficios
para
cualquier
empresa, institución u
organismo que instale estaciones GNSS y el bien público que suponen para toda la sociedad
tener estos datos correctamente guardados y controlados y fácilmente accesibles.
Este documento pretende promover la instalación de estaciones en tantos puntos como sea
posible. A través de la publicación y coordinación de los datos se puede desarrollar una red completa
sin
que
todo
el
esfuerzo
de
inversión
y mantenimiento tenga que venir de la misma fuente.
Con una red ‘mixta’ se consigue mejor redundancia en los datos y se promueven intercambios
entre diferentes grupos y mejor trabajo multidisciplinar.
Los datos GNSS de las redes instaladas se usan principalmente para la distribución regional de
correcciones diferenciales a usuarios locales con lo que se mejora la precisión de la posición
estimada por el usuario en esa área geográfica.
Esta aplicación específica (correcciones diferenciales) asume una cadena de grabación de datos,
distribución, almacenamiento, procesado y distribución de las correcciones en un sistema muy cercano
al tiempo real y con una complejidad añadida que no se detalla en este documento.
La base de todo servicio GNSS es una red fiable y permanente de datos que es lo que se presenta
y propone en este documento.
La idea en estas páginas es presentar las ventajas de la instalación y monitorización de la
red GNSS con un objetivo dual de provisión de
diferenciales
regional
y
datos
a
un
futuro
servicio
de
correcciones
la distribución de datos libremente para cualquier aplicación
(científicas, privadas, públicas) siguiendo el modelo de IGS de datos abiertos.
2 Necesidades
Cada punto geográfico experimenta una serie de efectos debido al movimiento de placas y a
efectos subterráneos, a las condiciones atmosféricas locales, a la presión de la mareas liquidas y
terrestres, etc. Para la correcta caracterización de estas condiciones locales se instalan mundialmente
receptores de Navegación por Satélite; GNSS.
Analizando los datos brutos recabados por
estas estaciones (medidas a cada satélite sobre ese punto geográfico) se dan servicios
regionales y globales de; correcciones locales (topografía y GIS), correcciones diferenciales,
análisis meteorológico, análisis terrestre local (terremotos, movimientos de placas,
dinámicas subterráneas, etc.), monitorización de las constelaciones de satélites, análisis de
la ionosfera, etc.
El número de aplicaciones crece a medida que los científicos estudian y experimentan con
los datos, algunas derivan en servicios de gran alcance (soporte a las previsiones
meteorológicas, mantenimiento de sincronización en redes telefónicas, sistema de avisos
de terremotos, etc.) mientras que otras serán de interés puramente científico y ayudaran
a entender y mantener mejor nuestro entorno.
Todas las aplicaciones que usan datos GNSS (GPS+) necesitan datos de alta calidad, estos son datos
de doble frecuencia de todos los satélites a la vista en cada momento (de 8 a 16). Estas medidas
recogidas cada segundo normalmente se guardan localmente por un tiempo pre-determinado y se
transmiten a un servidor central, o bien se transmiten en tiempo-real usando protocolos abiertos
de transmisión de datos por redes TCP/IP.
Por tanto cada estación GPS necesita:
-
Un lugar seguro sin mucha posibilidad de vandalismo y que tenga una visión sin
obstrucciones de todo el cielo
-
Un lugar con garantía de servicio eléctrico (o bien se puede aplicar un diseño de placas
solares + baterías)
-
Una conexión (con o sin cable) a una red TCP/IP
-
Nuestro programa Base de referencia
El receptor está conectado a un PC con Internet, para mandar correcciones en RTK, a los Rovers y
el almacenaje y distribución de datos que se puedan hacer con ellos postproceso
Lo mejor es ubicar los receptores y los posibles PCs en un edificio cercano para que no sufra
muchas variaciones de temperatura y humedad, pero también es necesario que el cable coaxial entre la
antena y el receptor no sea excesivamente largo, y que sea de muy buena calidad
Como se comenta anteriormente el receptor suele ponerse en un cuarto dentro de un edificio
cercano para prevenir cambios bruscos o severos de temperatura o humedad. Por otro lado en
la implementación central superior la antena y el receptor están totalmente integrados en un
monumento anclado al suelo, así que existe mucha flexibilidad en la correcta instalación de estos
equipos.
En la 1era foto se ve un GPS Leica 530 conectado a un ordenador con internet y ejecutando el programa
Base de Referencia se puede ver que hay conectado 17 Rovers en RTK por telefonía móvil, la 2da foto se ve
la antena GPS instalado en la azotea del edificio.
3 Implementación
Se puede promover la instalación de estos equipos GNSS (receptor + Antena) por
toda la geografía.
Ningún
organismo
tiene posibilidades de establecer estaciones en todos sitios debido a usos
limitados del terreno, propiedad privada, permisos, instalaciones existentes, etc. Por tanto las redes
mixtas (instaladas por varios organismos e instituciones) suelen tener mayores garantías de éxito
y de mantenimiento a largo plazo.
La instalación de estos equipos no es técnicamente compleja (Anexo A) ni supone un gran
esfuerzo económico. La utilidad de estas estaciones es su operación continuada durante años para
tener series temporales muy largas y datos estables que permitan desarrollar aplicaciones y servicios
continuos para diferentes grupos de usuarios.
Los equipos se pueden instalar encima de edificio bajos, siguiendo algunas recomendaciones sencillas,
sobre pilares de hormigón o bien sobre trípodes fijos anclados al terreno. Las señales de los satélites
de navegación (Global Navigation Satellite System - GNSS) son un bien público y gratuito ofrecido por
los países que lanzaron las diferentes constelaciones de satélites. No hay que dar cuenta a nadie en
ningún momento del uso de esta señal ni su uso está restringido.
La señal se encuentra en todo
nuestro alrededor de manera ubicua y aunque en ciertos sitios se recibe mejor que en otros la
recepción de la señal GPS, GLONASS, etc. no genera interferencias a otros equipos, ni ningún otro
efecto apreciable.
Usando este servidor todos los organismos pueden despreocuparse del mantenimiento de los datos
y del gasto de tener un servidor dedicado para esta función, y se garantiza igual acceso a todos los
usuarios. Descubriendo y abriendo estas estaciones es fundamental para no duplicar esfuerzos
5 Beneficios y Usos
Cada organismo, institución y empresa que ponga una estación GPS puede tener un uso
específico propio. Mientras el equipo sea de calidad y se aplique un mínimo de cuidado los datos
pueden ser útiles a multitud de usuarios sin ningún coste adicional. Pero específicamente para que
puede querer su institución poner este tipo de equipamiento:
1. Para el control geográfico de bienes “grandes” o muy costosos, como por ejemplo edificios,
puentes, gran maquinaria, potabilizadoras, etc.
2. Se puede hacer una instalación de un equipo GPS sobre un bien que esté fijo para tener
su posición monitorizada en todo momento
3. Se puede monitorizar las deformaciones del terreno cercano a un bien para prevenir
futuros problemas de corrimientos de tierras, hundimiento, etc.
4. Para la georeferenciación de otros datos.
Es posible hacer un “timestamp” de la
posición y el tiempo de cualquier dato científico que se recolecte simplemente teniendo
una estación GPS cercana y uniendo los datos en un formato pre-establecido.
Esta
georeferenciación de cualquier dato (vientos, presión, humedad, temperatura, radiación,
nivel de ruido, polución, caudales de agua, etc., etc.) permite luego analizar mejor los
datos en los sistemas GIS (Geographical Information Systems) y su mejor estudio posterior.
5.
Para acceder a una escala de tiempo preciso y continuo, para redes aisladas, como
“input” a otros equipos científicos o técnicos , etc. Hoy en día la mejor escala de tiempo
del mundo es la de GPS porque permite la sincronización al nivel del nanosegundo de relojes
en sitios muy dispares geográficamente mientras tengan acceso a la señal transmitida por los
satélites.
6. Como estación “base” para medidas de topografía. Las medidas de los GPS móviles
(rovers) usados en topografía y fotografía aérea se tienen normalmente que suplementar
con un equipo fijo “base” a partir del cual se calculan las correcciones locales a la posición
para mejorar y refinar el trabajo de campo.
Si estas estaciones “base” se ponen en
sitios donde vaya a haber mucho trabajo topográfico es mejor que estar poniendo y quitando
estaciones repetidamente, y es mucho más preciso y a la larga más económico.
La siguiente pregunta es quien se beneficia de tener tantas estaciones GNSS operando en nuestro
entorno.
Los beneficios están repartidos en usuarios técnicos privados (empresas), organismos
públicos, instituciones de investigación y la sociedad en general:
1.
A las empresas: Empresas sobre todo de topografía, de cartografía, de fotografía aérea,
etc. les es muy interesante tener estaciones “base” ya instaladas con datos accesibles de
un modo simple para poder hacer su trabajo más rápida y económicamente.
Por tanto el establecimiento de estaciones GNSS sería un recurso para que nuestras
empresas puedan trabajar mejor sobre el terreno.
2. A los organismos públicos: Porque estos datos permiten monitorizar los bienes de todos
y permite identificar posibles problemas antes de que sean grandes problemas.
Midiendo
el hundimiento del suelo o el leve movimiento de puentes y carreteras, etc.
También
manteniendo todos
estos
bienes
sobre
un sistema
de coordenadas
común.
La
cartografía regional y los mapas del catastro también se podrían generar más fácilmente
teniendo
estaciones
“base”
y
por
tanto
que ayuntamientos, cabildos, etc. puedan
monitorizar el uso del terreno adecuadamente (aplicaciones GIS).
3.
A los investigadores: Porque tener datos GNSS permite saber si hay movimientos
relativos de islas, rotaciones, cargas oceánicas,movimientos sísmicos, etc. También se puede
ayudar a mejorar los modelos globales de presión de las mareas, a descubrir fallas
terrestres, a estudiar la troposfera, etc.
4. A la sociedad en general: Porque uniendo todos estos datos sería viable crear una red
de correcciones diferenciales en todo el territorio que transmitiera estas correcciones para
todos
libremente como se hace ya en muchas sitios.Si esta futura red de correcciones
diferenciales se basa en TODAS las estaciones (propias o no) tiene mucha más fiabilidad y
garantía estadística de dar un buen servicio a lo largo del tiempo. Podía servir a barcos
de recreo, de pesca, actividades de montaña, servicios de rescate, etc.
6 Conclusión
En estos tiempos de tanta especialización hay pocos equipos científicos que sean tan
multidisciplinares como un simple receptor GNSS de calidad geodésica.
Cada día estamos viendo que las aplicaciones de la navegación por satélite crecen y penetran
más en nuestra vida diaria (en los coches, en los móviles, etc.) Se reconoce ya que el servicio de
posicionamiento por satélite es un bien público similar al servicio de luz, agua o las carreteras y de
ahí el gran desarrollo que han tenido sus aplicaciones, pero para que su beneficio sea pleno hay que
establecer más estaciones y mantenerlas a lo largo del tiempo.
8 Anexo A: Características técnicas necesarias para una estación
GNSS de referencia continua.
Cada estación GNSS de referencia
está compuesta
por los siguientes elementos:
Receptor GNSS, con observación simultanea de las frecuencias portadoras L1, L2.
Determinación de posiciones y registro de observables de hasta 1Hz como mínimo.
Antena Geodésica, con capacidad para L1 y L2 como mínimo, con plano de tierra, y
separada del receptor.
Programa Estación de referencia.
Cable coaxial De alta calidad para minimizar problemas entre la antena y el receptor.
Receptor GNSS: 12 o más canales para cada frecuencia, seguimiento de los mensajes C/A,
P, L2C, etc. de los sistemas GPS y a ser posible de GLONASS, Galileo, etc.
Alimentación de la red eléctrica o posibilidad de alimentación a través de baterías
Ordenador con puertos USB o Serie RS232 y conexión a Internet