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Geodesia Satelital M. Sc. Ing. Fanny Eto Chero Agosto 2017 Geodesia Satelital: 1. Introducción 1.0 Contenido del Curso 1.1 Objeto de la Geodesia Satelital 1.2 Clasificación y conceptos básicos de la geodesia satelital 1.3 Desarrollo histórico de la geodesia satelital 1.4 Aplicaciones de la geodesia s...

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Geodesia Satelital

M. Sc. Ing. Fanny Eto Chero Agosto 2017

Geodesia Satelital: 1. Introducción 1.0 Contenido del Curso 1.1 Objeto de la Geodesia Satelital 1.2 Clasificación y conceptos básicos de la geodesia satelital 1.3 Desarrollo histórico de la geodesia satelital 1.4 Aplicaciones de la geodesia satelital 1.5 Estructura y ObjeGvo del Curso

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1.0 Contenido del Curso 1/2 •  Introducción. –  Clasificación. –  Obje:vos –  Aplicaciones de la Geodesia Satelital.

•  Sistemas de coordenadas, cartesianas, geodésicos, UTM. –  El geoide, el elipsoide, Sistemas locales: •  el PSAD56. •  Sistemas satelitales el WGS84.

–  El :empo: Tiempo Sideral y Tiempo Universal. •  Tiempo Dinámico. Tiempo Atómico el leap secod (salto de segundo). •  El :empo UTC. Relojes atómicos. Semana GPS, :empo GPS.

–  Propagación de las señales GPS, la atmosfera, la troposfera.

•  Movimiento de los satélites –  Movimientos Keplerianos. –  Perturbaciones. –  Otros sistemas de navegación y Posicionamiento: GLONASS. GALILEO.

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1.0 Contenido del Curso 2/2 •  Sistema de Posicionamiento Global (GPS). –  Segmentos: Espacial (Satélites). Control y Usuarios (receptores GPS). –  Diferentes :pos de receptores. Efemérides de los satélites. –  Desarrollo del Sistema. Tipos de recepciones de satélites de una y doble frecuencia, precisiones. –  Métodos de medición: •  Está:co. Está:co rápido. •  Cinemá:co. RTK. Modo diferencial. Cálculos en :empo real y pos proceso. Procesamiento en línea: El OPUS, AUSPOS, USGS, etc.

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Errores y correcciones en las mediciones. Efecto ionosferico. La red permanente del Ins:tuto Geográfico Nacional (IGN). Múl:ples Caminos. Aplicaciones: •  •  •  •  •  •  • 

Levantamientos Catastrales. GIS. Geodinámica. Tectónica de Placas. Fotogrametría. Hidrogra\a. Ba:metría.

–  Otros sistemas de navegación y Posicionamiento: GLONASS. GALILEO.

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Diferencia entre Topogra\a y Geodesia •  Ambas :enen la misma finalidad: “ Medir Extensiones de Tierra” •  Difieren entre sí: por las medidas consideradas entre ellas y en los métodos empleados. La TopograLa opera sobre proporciones pequeñas de :erra, no teniendo en cuenta la verdadera forma de ésta, un elipsoide, considera la superficie terrestre plana. C a d a p u n t o s e d e t e r m i n a c o n coordenadas planas x, y y en algunos casos altura h. El Error considerado nulo, para una extensión 20 km de longitud un cenemetro más largo, lo que equivale a 1” de error

La Geodesia S e u : l i z a p a r a m e d i r g r a n d e s extensiones como para confeccionar la carta de un país, de un departamento o una ciudad grandes Se considerar la verdadera forma de una esfera o elipsoide, ya no es plana. C a d a p u n t o s e d e t e r m i n a e n c o o r d e n a d a s e s f é r i c a s ( l a : t u d , longitud)

1.1 Objeto de la Geodesia Satelital 1/2 El término Geodesia, del griego γη (":erra") y δαιζω ("divisiones" o "yo divido") fue usado inicialmente por Aristóteles (384-322 a.C.) y puede significar, tanto "divisiones geográficas de la :erra", como también el acto de "dividir la :erra", por ejemplo, entre propietarios.

La Geodesia es, al mismo Gempo, una rama de las Geociencias y una Ingeniería. Trata del levantamiento y de la representación de la forma y de la superficie de la Tierra, global y parcial, con sus formas naturales y arGficiales. La Geodesia también es usada en matemáGcas para la medición y el cálculo sobre superficies curvas. Se usan métodos semejantes a aquellos usados en la superficie curva de la Tierra. La Geodesia suministra, con sus teorías y sus resultados de mediciones y cálculos, la referencia geométrica para las demás geociencias como también para a geomá:ca, los Sistemas de Información Geográfica, el catastro, la planificación, la ingeniería, la construcción, el urbanismo, la navegación aérea, marí:ma y terrestre, entre otros e, inclusive, para aplicaciones militares y programas espaciales, debido a que :ene como principales propósitos: •  Establecimiento y mantenimiento de redes de control geodésico tridimensionales, nacionales y global, reconociendo el :empo como aspecto variante en dichas redes; •  Medición y representación de fenómenos geodinámicos tales como movimiento polar, mareas terrestres, y movimientos de corteza; •  Determinación del campo de gravedad terrestre, incluyendo las variaciones temporales; •  Determinación de parámetros, similar a los geodésicos, para otros cuerpos del sistema solar. Geodesia Satelital

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1.1 Objeto de la Geodesia Satelital 2/2 Siguiendo la definición clásica de Helmert (1880/1884), “la geodesia es la ciencia de la medición y la cartograLa de la superficie terrestre”. Esta definición incluye la determinación del campo de gravedad terrestre externo, así como, la superficie del suelo oceánico, cf. (Torge, 2001). La geodesia satelital comprende las técnicas observacionales y computacionales que permiten la solución de problemas geodésicos mediante el uso de mediciones precisas hacia, desde, o entre satélites arGficiales, casi todos cercanos a la Tierra. Además de la definición de Helmert, que aún es válida, los obje:vos de la geodesia satelital se consideran principalmente de manera funcional. También incluyen, debido a la creciente precisión observacional, variaciones dependientes del :empo. Los problemas básicos son:

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1. determinación de posiciones tridimensionales globales, regionales y locales precisas (por ejemplo, establecimiento de un control geodésico) 2. determinación del campo de gravedad de la Tierra y funciones lineales de este campo (por ejemplo, un geoide preciso) 3. Medición y modelado de fenómenos geodinámicos (por ejemplo, movimiento polar, rotación de la Tierra, deformación de cristal).

El uso de satélites ar:ficiales en la geodesia :ene algunos requisitos previos; Estos son básicamente un conocimiento completo del movimiento del satélite bajo la influencia de todas las fuerzas que actúan, así como la descripción de las posiciones de los satélites y de las estaciones terrestres en los marcos de referencia adecuados. En consecuencia, las observaciones por satélite se u:lizan para resolver diversos problemas, la geodesia por satélite puede asignarse al campo de las ciencias aplicadas. Teniendo en cuenta la naturaleza de los problemas, la geodesia por satélite pertenece igualmente a las geociencias y a las ciencias de la ingeniería. 7 Geodesia Satelital

1.2 Clasificación y conceptos básicos de la geodesia satelital

Ramas de la Geodesia Geodesia Geométrica GEODESIA SUPERIOR

Geodesia Física

GEODESIA Geodesia Satelital

GEODESIA PRACTICA

Topogra\a

Partes de la Geodesia Geodesia Geométrica

Geodesia Física

Se encarga del Campo Gravitatorio de la Tierra

Se encarga de estudiar la geometría de la Tierra en la cual de crea el elipsoide

PARTES DE LA GEODESIA Geodesia Astronómica

Se encarga de u:lizar a los astros para referenciar, para ubicar las posiciones por medio de tecnología y demás

Geodesia Espacial o Satelital

Para dar posiciones GPS satélite para ubicar un punto de la :erra de un objeto

1.2 Clasificación y conceptos básicos de la geodesia satelital 1/5 En virtud de su gran exac:tud y velocidad, los métodos y los resultados de la geodesia satelital se u:lizan cada vez más en otras disciplinas como p. Geo\sica, oceanogra\a y navegación, y forman parte integrante de la geoinformá:ca. Desde el lanzamiento del primer satélite ar:ficial SPUTNIK-1, el 4 de octubre de 1957, la geodesia por satélite se ha conver:do en un campo autocontenido en la enseñanza e inves:gación geodésica, con estrechas relaciones e interacciones con campos adyacentes. Las asignaciones y competencias se deben al desarrollo histórico.

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1.2 Clasificación y conceptos básicos de la geodesia satelital 2/5 En Astronomía Geodésica, basándose en las reglas de Astronomía Esférica, la orientación del vector de gravedad local (longitud geográfica Λ, la:tud geográfica Φ) y el azimut astronómico A de una marca terrestre se determinan a par:r de la observación de cuerpos celestes naturales, par:cularmente estrellas fijas. Por gravimetría se en:ende la medición de la gravedad (intensidad de gravedad g) que es la magnitud del vector de aceleración por gravedad g (Torge, 1989). Mediciones horizontales, distancias, ángulos cenitales y diferencias de altura niveladas, y sirven para la determinación de puntos de superficie. La geodesia satelital, finalmente, es la base de la observación de cuerpos celestes ar:ficiales. Las direcciones, rangos y rangos se determinan entre las ubicaciones de la superficie terrestre y los satélites o entre satélites. Algunas mediciones, por ejemplo aceleraciones, se toman dentro de los mismos satélites. Geodesia Satelital

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1.2 Clasificación y conceptos básicos de la geodesia satelital 3/5 Por gravimetría se en:ende la medición de la gravedad (intensidad de gravedad g) que es la magnitud del vector de aceleración por gravedad g (Torge, 1989). Mediciones horizontales, distancias, ángulos cenitales y diferencias de altura niveladas, y sirven para la determinación de puntos de superficie. La geodesia satelital, finalmente, es la base de la observación de cuerpos celestes ar:ficiales. Las direcciones, rangos y rangos se determinan entre las ubicaciones de la superficie terrestre y los satélites o entre satélites. Algunas mediciones, por ejemplo aceleraciones, se toman dentro de los mismos satélites. Los resultados de las observaciones geodésico-astronómicas o gravimétricas se u:lizan en el campo de la Geodesia Astronómica y Física para la determinación de la figura y el campo gravitatorio de la Tierra (Torge, 2001). En alemán, este dominio clásico se llama Erdmessung (Torge, 2003) y corresponde al concepto de Geodesia Global en el lenguaje inglés. Los principales problemas son la determinación de un elipsoide medio de la Tierra y un geoide preciso (ver Elipsoide, Geoide y Datum Geodésico). 13 Geodesia Satelital

1.2 Clasificación y conceptos básicos de la geodesia satelital 4/5 La determinación de coordenadas en: sistemas de coordenadas elipsoidales o tridimensionales, principalmente mediciones geodésicas terrestres, se trata dentro del campo de la Geodesia MatemáGca. Las expresiones alterna:vas para este dominio son geodesia geométrica o, en alemán “Landesvermessung” (Geodesia), p. Grobmmann (1970). La clasificación por separado de las técnicas de observación y cálculo, tal como se desarrollaron en los campos clásicos de la enseñanza y la prác:ca geodésicas, no ha ocurrido en la misma medida en la geodesia por satélite. En este caso, la observación, el cálculo y el análisis suelen tratarse juntos. En lo que respecta a los problemas mundiales, la geodesia por satélite contribuye a la geodesia global, por ejemplo, al establecimiento de un marco de referencia mundial. En los problemas regionales y locales, la geodesia satelital forma parte de la supervivencia y la geoinformá:ca. De forma conservadora, los campos de la geodesia matemá:ca y la astronomía geodésica proporcionan importantes fundamentos en la geodesia por satélite con respecto a los sistemas de referencia. Lo mismo es cierto para el campo de la geodesia astronómica y \sica, que proporciona información sobre el campo de gravedad de la Tierra. Debido a estas estrechas interacciones, una separación Sharp de los diferentes campos en la geodesia se hace más di\cil, y ya no es significa:va. 14 Geodesia Satelital

1.2 Clasificación y conceptos básicos de la geodesia satelital 5/5 Una consideración combinada de todos los observables geodésicos en un concepto unificado se desarrolló bastante temprano dentro del campo de la Geodesia Integrada, p. Hein (1983). Encuentra una realización moderna en el establecimiento de observatorios geodésicos - geodinámicos integrados (ver Combinación de Técnicas Espaciales Geodésicas, Rummel et al., 2000). El término Geodesia Satelital es más restric:vo que la denominación francesa “Geodesie Spa:ale” o la expresión más general “Técnicas Espaciales Geodésicas”. Este úl:mo término incluye la observación geodésica de la Luna, así como, el uso de planetas y objetos fuera del sistema solar, por ejemplo, en la interferometría de radio. Ocasionalmente se u:liza el término Geodesia Global, donde global significa tanto técnicas de medición global como aplicaciones globales. En este libro se emplea el término geodesia satelital, porque es de uso común, y porque los satélites ar:ficiales cerca de la Tierra se u:lizan casi exclusivamente para las observaciones que son de interés en la geodesia aplicada. Cuando sea necesario, se tratan otras técnicas espaciales. Geodesia Satelital

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1.2 Clasificación La Clasificación de la Geodesia depende de los autores, por ejemplo: TopograLa . Técnicas Modernas. MG. Jorge Mendoza Dueñas, Edición 2017 •  Geodesia Geométrica: Los datos de observación están compuestos por ángulos y distancias referidos a un elipsoide de referencia, plasmándose en coordenadas, los cuales pueden expresarse en diferentes formas. •  Geodesia Dinámica: Está basada en las medidas del campo gravitatorio de la Tierra y sus variaciones, mareas (oceánicas y terrestres) y su relación con el concepto de la:tud. •  Astronomía Geodésica: las coordenadas de puntos sobre la superficie terrestre y mediciones realizadas, provienen de observaciones astronómicas. •  Geodesia Satelital: Las coordenadas de puntos sobre la superficie terrestre y mediciones realizadas, provienen gracias a observaciones satelitales ar:ficiales.

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1.2.1 Clasificación TopograLa, Geodesia y CartograLa (geomáGca I), Ing. Walter Zuñiga Díaz, 2010 • 

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Geodesia MatemáGca: se encarga en determinar con precisión las posiciones geográficas de un gran número de puntos repar:dos en la superficie terrestre, denominados puntos geodésicos. Dicha determinación se efectúa por medio de triangulaciones geodésicas, en las cuales los puntos geodésicos son los vér:ces de los triángulos. Geodesia de Posición: que ob:ene mediante procedimientos astronómicos, las coordenadas geográficas de los puntos geodésicos referidos a la verdadera superficie de la Tierra. Geodesia Dinámica: Es la parte de la Geodesia encargada de determinar el valor de la aceleración de la gravedad en numerosos puntos de la superficie terrestre, para así cons:tuir una red gravimétrica mundial. Geodesia Superior: Estudia y generaliza los resultados obtenidos de las anteriores ramas, y con las medidas de arcos de meridiano nos dan la determinación de la superficie del geoide, estudios de la desviación de la ver:cal, anomalías de la gravedad, compensación isostá:ca, etc., llega incluso a plantear hipótesis sobre la forma y dimensiones de la Tierra, cons:tución interna de la misma y mayor o menor rigidez de la corteza terrestre. Geodesia Esferoidal: Es una de las principales partes de la Geodesia Superior. Esta materia trata de los estudios de la superficie geométrica del elipsoide terrestre, de los métodos que se emplean para resolver problemas geodésicos sobre las citadas superficies y la representación de ésta sobre la esfera y sobre el plano. Geodesia Satelital: U:liza los datos proporcionados por la constelación de los satélites puestos en órbita para efectuar mediciones para los sistemas de posicionamiento global (GPS) Geodesia Satelital

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1.2.1Clasificación Muchos autores describen la clasificación de la Geodesia como la que se describe a con:nuación, pero no podemos dejar de lado otras disciplinas que dan apoyo a la Geodesia, como lo son: la Cartogra\a, el Catastro, la Fotogrametría, la Geodesia Geométrica, entre otras 1. GEODESIA SUPERIOR. 2. GEODESIA MATEMÁTICA.

3. ASTRONOMIA GEODÉSICA 4. GEODESIA GEOMÉTRICA 5. GEODESIA FISICA 6. GEODESIA TRIDIMENSIONAL. 7. GEODESIA DINAMICA 8. GEODESIA ESPACIAL 9. GEODESIA COMÚN O TOPOGRÁFICA 10. CÁLCULO DE COMPENSACIÓN Y TEORÍA DE ERRORES Geodesia Satelital

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1.2.1Clasificación 1. GEODESIA SUPERIOR. Es la parte o sistema de conocimientos de la Geodesia que permite dar solución a los siguientes problemas: •  Determinación de la figura matemá:ca de la :erra (Elipsoide). Las determinaciones de magnitudes geodésicas sobre la superficie del elipsoide (coordenadas y acimut). •  Definir Sistemas de coordenadas y las relaciones entre ellos. •  Realizar el procesamiento de las mediciones realizadas sobre la superficie \sica de la Tierra. •  Construir y perfeccionar constantemente las redes geodésicas. •  Determinar la figura \sica de la Tierra (Geoide). •  Evaluación de los procesos geodinámicas.

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1.2.1Clasificación 2. GEODESIA MATEMÁTICA. La geodesia matemá:ca, trata de determinar y representar la figura de la Tierra en términos globales por medio de cálculos usando como figura de aproximación matemáGca el elipsoide. En la Geodesia matemá:ca se formulan los métodos y las técnicas para la construcción y el cálculo de las coordenadas de redes de puntos de referencia para el levantamiento de un país o de una región

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1.2.1 Clasificación 3.ASTRONOMIA GEODÉSICA Tiene por objeto la determinación de las coordenadas geográficas astronómicas, LaGtud y Longitud, de puntos de la superficie terrestre y de acimutes astronómicos A de direcciones en la Tierra. Estas determinaciones se realizan por métodos astronómicos de observación de estrellas en posiciones convenientes, u:lizándose principalmente m é t o d o s d e c á l c u l o d e trigonometría esférica y de álgebra matricial junto al ajuste de observaciones por mínimos cuadrados. Las principales aplicaciones geodésicas de los resultados obtenidos son la determinación de la figura de la T i e r r a ( g e o i d e ) y l a compensación astrogeodésica de redes.



Los métodos de pasos meridianos y de alturas iguales son los más comúnmente empleados.

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1.2.1 Clasificación 4. GEODESIA GEOMÉTRICA La determinación combinada de los parámetros del campo de gravedad y las coordenadas geocéntricas dentro del dominio de la geodesia satelital dinámica conduce al problema general de determinación de parámetros o esGmación de parámetros. Esto puede incluir la determinación de los parámetros de rotación de la Tierra (rotación de la Tierra, movimiento polar), así como, otros fenómenos geodinámicos. El método dinámico de la geodesia satelital también se caracteriza como el método indirecto, porque los parámetros requeridos se determinan implícitamente a par:r del comportamiento orbital de los satélites.

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1.2.1 Clasificación 5. GEODESIA FISICA Está consGtuida por aquellas teorías y métodos encaminados a la determinación del geoide, con datos dinámicos o gravimétricos, mediante un análisis del problema de contorno de la teoría del potencial. Describe los modelos terrestres de comparación para el establecimiento de la figura de la Tierra, calcula y uGliza fundamentalmente las anomalías gravimétricas.

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1.2.1 Clasificación 6. GEODESIA TRIDIMENSIONAL. Trata el problema de la forma y dimensiones de la Tierra en un sistema de referencia tridimensional, aquí el elipsoide sólo será una superficie auxiliar de la que puede prescindirse. Su evolución actual se dirige al estudio de cues:ones de holonomía con sistemas de referencia móviles.

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1.2.1 Clasificación 7. GEODESIA DINAMICA Es aquella rama de la Geodesia que basada en la teoría ...