UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GEOGRÁFICA LEVANTAMIENTO DGPS EN TIEMPO REAL VIA GPRS PARA APLICACION SIG TAMARA ANDREA SOLÍS REYES Profesor Guía: Héctor Contreras Ávila “Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el título de Ingeniero de Ejecución en Geomensura” Santiago - Chile 2009
119
Embed
Levantamiento Dgps en Tiempo Real via Gprs Para Aplicaiones Gis
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
CAPÍTULO II – DESARROLLO…………………………………………………. 52.1 Conceptos previos e instrumental utilizado……………………………… 5
2.1.1 Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS)………… 52.1.2 Sistema de Posicionamiento Global (GPS)……………………….. 72.1.3 Métodos de posicionamiento GPS…………………………………. 92.1.4 Vías de transmisión de correcciones GPS en tiempo real………. 142.1.5 Software de colección de datos para aplicaciones SIG, ArcPad.. 192.1.6 GPSCorrect…………………………………………………………… 212.1.7 ArcGIS, software de creación y administración de Sistemas de
Información Geográfica……………………………………………... 222.1.8 Proceso geoespacial de geocodificación en ArcGIS Desktop.... 262.1.9 Instrumental utilizado………………………………………………… 26
2.2 Estudio sobre la aplicación de un método DGPS en tiempo real vía GPRS en tareas SIG………………………………………………………..
29
2.3 Normalización de la base de datos existente……………………………. 312.4 Creación y administración de una Geodatabase en ArcGIS Desktop
9.3…………………………………………………………………………….. 342.4.1 Creación de una Geodatabase……………………………………... 342.4.2 Creación de una clase geográfica………………………………….. 342.4.3 Importación de una clase geométrica……………………………… 382.4.4 Importación de una tabla de datos…………………………………. 422.4.5 Creación de una tabla de datos complementaria para la clase
geométrica “Calles”………………………………………………….. 402.4.6 Optimización del proceso de incorporación y edición de datos
en una Geodatabase………………………………………………... 44
ii
2.5 Intercomunicación ArcGIS Desktop 9.3 ↔ ArcPad 7.1………………… 532.5.1 Data Manager de ArcPad 7.1……………………………………….. 532.5.2 Activación de la extensión Data Manager de ArcPad 7.1……...... 532.5.3Adición de la extensión Data Manager en barra de herramientas. 542.5.4 Obtener datos para ArcPad 7.1 (Get Data For ArcPad)…………. 542.5.5 Obtener datos desde ArcPad 7.1 (Get Data From ArcPad)……... 69
2.6 Configuración instrumental y de la red GPRS…………………………… 612.6.1 Configuración del instrumental utilizado…………………………… 612.6.2 Configuración de ArcPad 7.1 para levantamientos DGPS en
tiempo real vía GPRS………………………………………………. 642.6.3 Configuración de la extensión GPSCorrect 3.0 en ArcPad 7.1…. 71
2.7 Levantamiento DGPS en tiempo real vía GPRS utilizando software colector de datos ArcPad 7.1……………………………………………… 782.7.1 Levantamiento y atributación de nuevos ejes de calle…………… 792.7.2 Edición geométrica y actualización de atributos de los ejes que
intersectan a la calle principal……………………………………… 812.8 Proceso de geocodificación en ArcGIS Desktop 9.3……………………. 83
2.8.1 Creación de un Address Locator en ArcGIS Desktop 9.3………. 832.8.2 Geocodificación dinámica de una tabla de direcciones para
establecer la posición de la infraestructura del sector…………... 892.8.3 Otras herramientas del proceso de Geocodificación en ArcGIS
Desktop 9.3…………………………………………………………… 94
CAPÍTULO III – CONCLUSIONES……………………………………………… 983.1 Resultados obtenidos………………………………………………………... 98
3.1.1 Levantamiento DGPS en tiempo real vía GPRS…………………… 983.1.2 Proceso de geocodificación de la infraestructura del sector en
estudio………………………………………………………………….. 1003.2 Comprobación o refutación de la hipótesis……………………………….. 1033.3 Conclusiones finales…………………………………………………………. 1043.4 Aporte a la disciplina………………………………………………………… 106
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………. 108
ÍNDICE DE TABLAS.
2.1 Fuentes de error GPS……………………………………………………. 92.2 Características del receptor GPS GeoXM de Trimble………………... 272.3 Características del teléfono móvil Sony Ericsson W380……………... 28
iii
2.4 Tipos de campos numéricos soportados por ArcGIS Desktop 9.3….. 412.5 Dominios de atributación creados para la Geodatabase…………….. 482.6 Asignación de dominios de atribulación y valores por defecto……… 502.7 Parámetros de comunicación estación de referencia ESRI Chile…... 642.8 Parámetros de medición configurados en GPSCorrect 3.0…………. 752.9 Estilos de indexación posibles de ser utilizados en Chile……………. 843.1 Resultados del levantamiento DGPS en tiempo real…………………. 98
ÍNDICE DE FIGURAS.
2.1 Tecnología GPRS………………………………………………………… 182.2 Receptor GPS Trimble GeoXM…………………………………………. 272.3 Teléfono móvil Sony Ericsson W380…………………………………… 282.4 Estación Trimble NetR5…………………………………………………. 292.5 Extensión del levantamiento DGPS en tiempo real vía GPRS……… 31
iv
2.6 Creación de un archivo de proyección, pasos 2 al 6…………………. 332.7 Importación de una clase geométrica en ArcCatalog………………… 382.8 Importación de una tabla de datos en ArcCatalog……………………. 402.9 Creación de una tabla de datos en ArcCatalog………………………. 442.10 Creación de dominios de atributación en ArcCatalog………………… 482.11 Proceso de importación de datos desde ArcPad 7.1 en ArcMap…… 602.12 Configuración de ArcPad 7.1, pasos 2 al 4……………………………. 662.13 Herramienta GPS Position Window de ArcPad 7.1…………………... 712.14 Barra deslizante de la extensión GPSCorrect 3.0……………………. 742.15 Opciones 1 y 2 escogidas para la configuración de una medición en
tiempo real………………………………………………………………… 772.16 Configuración de la opción 1 para una medición en tiempo real……. 772.17 Proceso de levantamiento y atributación de nuevos ejes de
calle…................................................................................................. 802.18 Geocodificación dinámica de una tabla de direcciones, paso 16…… 932.19 Herramientas disponibles para los candidatos de una búsqueda…... 953.1 Informe resumen de las ediciones realizadas en ArcPad 7.1……….. 983.2 Resultados en el sector de estudio…………………………………….. 993.3 Informe resumen del proceso de geocodificación…………………….. 1003.4 Sector en estudio con su infraestructura geocodificada……………… 1013.5 Densidad de la infraestructura por cada cuadra del sector………..... 1023.6 Árbol de contenidos de la Geodatabase del proyecto………………... 102
RESUMEN.
El presente trabajo de titulación, busca promover una solución al
problema que genera, el utilizar herramientas, software o metodologías no
afines, o que no han sido diseñadas; para la planificación, ejecución y análisis
de una gama de elementos geométricos que se deseen capturar en terreno, los
cuales luego, servirán de base en un estudio territorial bajo la plataforma de
algún Sistema de Información Geográfica. La información que es necesaria
para potenciar un SIG y obtener de él la herramienta que se desea, debe ser
v
actualizable y de resultados inmediatos. Con el fin de conjugar todo lo anterior,
nace la idea de unir tres potentes sistemas, estos son: Internet, GPS y SIG.
Para cumplir con los objetivos propuestos, se planificó y diseñó, en un
ambiente SIG (ArcGIS Desktop 9.3), un levantamiento DGPS en tiempo real vía
GPRS para la captura de ciertos ejes de un determinado tramo de la calle José
Joaquín Pérez en la comuna de Quinta Normal. Ésto se llevo a cabo utilizando
el software ArcPad 7.1, el cual es un programa de campo especializado en la
captura de información geográfica. Finalmente, se desarrollo un proceso de
geocodificación, en el software ArcGIS Desktop 9.3, para localizar la
infraestructura del sector en estudio, a través de sus direcciones.
Al unir los tres sistemas, mencionados anteriormente, se verificó la
optimización lograda, en términos de tiempo y costos, tanto en la ejecución del
levantamiento, como en la incorporación de los elementos GPS al ambiente
SIG. En lo que respecta a las precisiones alcanzadas, si bien, no superan a
otros métodos de medición por código (post-proceso) son suficientes para los
fines establecidos.
Palabras clave:
• ArcPad.
• ArcGIS Desktop.
• GPRS.
• DGPS.
ABSTRACT.
This thesis promotes the solution of the problem that generates the use of
tools, software and methodologies that are not related or have not been
designed for planning, executing and analyzing groups of geometric elements
that are captured on the field and will be used later as base in a territorial study
under the platform of a Geographic Information System. The necessary
information to enhance a GIS, and to obtain from him the tools that are required,
vi
must be updateable and have immediate results. With the purpose of bringing
together everything said before, the idea of combining three powerful systems
was born, these are: Internet, GPS y and GIS.
To achieve the proposed goals, a real time DGPS survey process with
GPRS technology was planned and designed in a GIS environment (ArcGIS
Desktop 9.3) to capture certain axis of José Joaquin Perez Street in Quinta
Normal town. This was done using ArcPad 7.1 software, that is a field program
specialized in the capture of geographic information. Finally, a process of
geocoding was developed in ArcGIS Desktop 9.3, to locate the infrastructure of
the place under study using their addresses.
The optimization was verified by joining the three systems mentioned
above, in terms of time and costs, in the execution of de survey process and by
incorporating GPS elements in the GIS environment. In regard of the achieved
accuracy, they do not exceed the other methods of code measurements (post-
process), but are enough for the purposes intended.
Keywords:
• ArcPad.
• ArcGIS Desktop.
• GPRS.
• DGPS
vii
CAPÍTULO I – INTRODUCCIÓN
1.1 ANTECEDENTES.
Es de conocimiento general que las aplicaciones que hoy en día trabajan
con el sistema GPS son múltiples y variadas. Es así, que dependiendo de la
finalidad y requerimiento de cada una de éstas se haga uso o se necesite de un
determinado grado de precisión en las mediciones, un tiempo estipulado para la
obtención de resultados, y un costo a priori del proceso de medición.
Si se reflexiona sobre la calidad de las mediciones es posible separarlas
en tres grandes grupos: Baja, mediana y alta precisión. Con respecto a la
variable tiempo se dividirá en dos grupos: mediciones con post-proceso y en
“tiempo real”. Finalmente los costos para cada aplicación dependen de
variables tales como: Instrumental utilizado, metodologías de medición,
herramientas computacionales, entre otras.
Al buscar la armonía entre estas tres variables es posible encontrar
múltiples alternativas y combinaciones de ellas, tanto en metodologías,
sistemas y nuevas tecnologías. Si se centra el estudio en las metodologías de
medición se encontrarán algunas, que si bien, no son tan nuevas como parece
y si son utilizadas actualmente, no se tiene registro (o no se conoce por lo
menos de forma local) sobre su precisión, ventajas, desventajas, y guías de
procedimiento.
En la tarea que se pretende realizar, al tratarse de una aplicación de
estudio geoespacial que utiliza una herramienta denominada Sistema de
Información Geográfica (SIG o GIS por sus siglas en inglés), es aconsejable
imponer medidas de una mediana precisión, que sean obtenidas en tiempo real
1
y en la cual los costos se minoricen al hacer un uso eficiente de la metodología
de medición, instrumental, y herramientas disponibles.
1.2 ESTADO ACTUAL DEL PROBLEMA.
Los Sistemas de Información Geográfica funcionan como una base de
datos (alfanuméricos) que se encuentra asociada por un identificador común a
los objetos gráficos de un mapa digital. De esta forma, señalando un objeto se
conocen sus atributos y preguntando por un registro de la base de datos se
puede saber su localización en la cartografía. Es por esta razón, que la
información que entrega debe ser confiable y actualizada constantemente. La
razón fundamental para utilizar un SIG es la gestión de información espacial, el
sistema permite separar la información en diferentes capas temáticas y las
almacena independientemente, permitiendo trabajar con ellas de manera rápida
y sencilla.
Hasta hace un tiempo, los SIG conseguían sus datos de mapas y fotos
aéreas. Éstos eran escaneados por algunos medios automáticos o digitalizados,
hoy en día, su principal fuente de obtención de datos es el sistema GPS. El
método de levantamiento más utilizado para aplicaciones SIG es el diferencial
GPS (DGPS), por el cual, se capturan los datos con el receptor para luego ser
cargados en un computador y ser atributados a través de información
catastrada en un proceso diferente al de captura. Luego los datos gráficos son
corregidos, es decir, las mediciones son post procesadas, si bien este método
es el que entrega mejor precisión para una medición hecha solamente por
código, requiere de un trabajo en gabinete extra lo que conlleva un consumo
mayor de tiempo, si a esto se le suma el uso de un software no especializado
en SIG, para la toma de datos, se tiene que la ejecución en conjunto es factible
de ser optimizada.
2
Sobre esto último recae la necesidad de utilizar un método más eficiente
como lo es el diferencial GPS en tiempo real, que por su concepción entrega
resultados inmediatos. Con respecto a los programas computacionales
especializados en aplicaciones SIG, para la toma de datos, el líder en el
mercado es ArcPad, un software de campo que constituye la complementación
perfecta entre dos grandes sistemas como son GPS y SIG. Esto se debe a que
la toma de información es almacenada en un formato compatible para su
trabajo en el programa ArcGIS Desktop. ArcPad integra gran cantidad de
herramientas geográficas, tales como, incorporación de capas de información
vectorial (shapefiles, AXF) o raster (imágenes satelitales, fotografías aéreas
digitalizadas) como también la incorporación de rutinas para la transformación
de coordenadas entre distintos datum (con parámetros generales o propios),
todas estas aplicaciones están integradas para ser utilizadas in situ. Dentro del
programa ArcGIS Desktop, se generan las bases de datos necesarias para
enriquecer el trabajo de campo y se configura la captura de información, la cual
se realiza por medio de ArcPad en tiempo real, software donde el usuario
atributa los datos a medida que se toman en terreno, lo que ahorra tiempo al
suprimir el proceso de catastro, normalización y unión de información.
1.3 HIPÓTESIS.
Es posible optimizar la captura de información, para aplicaciones SIG,
mediante la tecnología GPRS.
1.4 OBJETIVOS.
1.4.1 Objetivo general.
Realizar mediciones DGPS en tiempo real vía GPRS para una aplicación
de ordenamiento territorial, utilizando programas computacionales
especializados en la tarea de un sistema de información geográfica (SIG).
3
1.4.2 Objetivos Secundarios.
• Dar a conocer el procedimiento y configuración de un receptor GPS para
la intercomunicación vía GPRS.
• Introducción al uso y configuración de ArcPad para mediciones DGPS en
tiempo real vía GPRS.
• Introducción al uso de ArcGIS Desktop y creación de un proceso de
geocodificación.
1.5 METODOLOGIA DE TRABAJO.
Esta es una breve descripción de los procedimientos empleados para el
desarrollo del presente escrito:
• Recopilación de material y antecedentes relacionados con el tema.
• Definición de forma clara y precisa de la hipótesis.
• Definición de objetivos generales y específicos, los cuales deben
enmarcarse dentro de los límites del tema.
• Planificación y captura de datos GPS en terreno vía GPRS.
• Ordenamiento de datos capturados en terreno.
• Análisis de los datos.
• Aplicación de geocodificación en ArcGIS Desktop.
4
• Análisis y Conclusiones.
CAPÍTULO II – DESARROLLO.
2.1 CONCEPTOS PREVIOS E INSTRUMENTAL UTILIZADO.
2.1.1 Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS).
GNSS (por sus siglas en inglés Global Navigation Satellite Systems)
engloba los sistemas de posicionamiento mediante satélites artificiales
entregando coordenadas precisas de posicionamiento tridimensional e
información sobre navegación y tiempo.
a.- Sistemas Globales de Navegación por Satélite operativos en la
actualidad.
• Sistema de posicionamiento global (GPS): Sistema Global de
Navegación por Satélite (GNSS) desarrollado por el Departamento de
Defensa de los Estados Unidos (DoD) con fines militares. Está
compuesto por la constelación NAVSTAR (Navigation Satellite Timing
and Ranging) de 27 satélites, 24 operativos y 3 de repuesto, que se
mueven en órbita a 20.000km aproximadamente, alrededor de seis
planos con una inclinación de 55 grados. Este sistema cuenta con
disponibilidad en cualquier momento del día y es el único sistema de
navegación por satélite completamente operativo a la fecha actual en
todo el mundo.
• Sistema Global de Navegación por Satélite (GLONASS): GLONASS
(Global Orbiting Navigation Satellite System) es un sistema de
posicionamiento desarrollado por el Ministerio de Defensa de la
5
Federación Rusa (buscar si esto existe) de características muy similares
a GPS. GLONNAS fue configurado inicialmente con 8 satélites en cada
una de sus 3 órbitas de 64.8 grados de inclinación a 19100km de altitud,
pero tras la separación de la Unión Soviética y debido a la falta de
recursos, el sistema perdió operatividad al no reemplazarse los satélites.
En la actualidad el gobierno ruso espera que la constelación GLONASS
vuelva a estar operativa completamente antes de 2010.
b.- Sistemas Globales de Navegación por Satélite en proyecto.
• Galileo: Sistema global de navegación por satélite (GNSS) desarrollado
por la Unión Europea. Este proyecto está orientado al uso civil, es decir,
para el público en general. Proveerá señales para proporcionar
información precisa de tiempo y posicionamiento en forma gratuita. Su
puesta en marcha estaba contemplada para el año 2007, pero ha sufrido
una serie de retrasos y se espera que esté operativo en el año 2010.
Comprenderá una constelación de 30 satélites divididos en tres órbitas
circulares, a una altitud de aproximadamente 24.000km, que cubren toda
la superficie del planeta.
• Compass: Sistema global de navegación por satélite (GNSS)
desarrollado por la República Popular de China, constará de 35 satélites
con completa cobertura de la Tierra. Ofrecerá dos tipos de servicios: uno
abierto al público en general y otro reservado que ofrecerá mayor
precisión y seguridad. A diferencia del resto de los sistemas, trabajará
con satélites en órbitas geoestacionarias, por lo que no se necesita de
una gran constelación de satélites, pero limita su cobertura en la tierra a
los satélites que son visibles. Actualmente está en fase de
6
experimentación bajo el nombre de Beidou, constituido por 4 satélites, el
cual tiene cobertura y aplicaciones limitadas.
2.1.2 Sistema de Posicionamiento Global (GPS).
Es el Sistema Global de Navegación por Satélite utilizado mayormente
en la actualidad por la cobertura y operabilidad de su constelación de satélites,
NAVSTAR, en todo el mundo, éstos están distribuidos en 6 planos orbitales. El
sistema GPS está referido al datum WGS-84 y tiene por objetivo calcular la
posición de un punto cualquiera en un espacio de coordenadas (X, Y, Z),
partiendo del cálculo de las distancias del punto a un mínimo de tres satélites
cuya localización es conocida. La distancia entre el usuario (receptor GPS) y un
satélite se mide multiplicando el tiempo de vuelo de la señal emitida desde el
satélite por su velocidad de propagación. Para medir el tiempo de vuelo de la
señal de radio es necesario que los relojes de los satélites y de los receptores
estén sincronizados, pues deben generar simultáneamente el mismo código.
Ahora bien, mientras los relojes de los satélites son muy precisos los de los
receptores son osciladores de cuarzo de bajo coste y por tanto imprecisos. Las
distancias con errores debidos al sincronismo se denominan “seudo distancias”.
La desviación en los relojes de los receptores añade una incógnita más que
hace necesario un mínimo de cuatro satélites para estimar correctamente las
posiciones.
a.- Señal GPS.
Los satélites que utiliza GPS contienen varios osciladores de alta
precisión entregando medidas de tiempo del orden de 10 −14 segundos. Los
osciladores de alta precisión del satélite tiene una frecuencia fundamental ƒ0 =
10.23MHz, la cual genera dos frecuencias portadoras de la banda L, las cuales
sirven para transmitir información a través de los satélites.
7
Las dos frecuencias generadas a partir de ƒ0 son:
• L1 = 1575.42MHz, con longitud de onda λ = 19cm.
• L2 = 1227.60MHz, con longitud de onda λ = 24cm.
Sobre estas dos frecuencias transportadoras se transmiten, a su vez, dos
códigos, que son secuencias binarias (combinación de ceros y unos) de
formación seudo aleatoria, llamados Ruidos Seudo Aleatorio - PRN (seudo
Random Noise), estos códigos son:
• Código binario de adquisición Bruta o Grosera – C/A (Coarse
Adquisition): modulado sólo en L1 y es el de menor frecuencia a
1.023MHz, su longitud de onda λ es de 300m. Es de uso civil.
• Código binario preciso P (ó Y): modulado en ambas portadoras (L1 y
L2) a una frecuencia de 10.23MHz, tiene una longitud de onda λ de sólo
30m y es de uso restringido.
Junto con estos dos códigos, se envía un mensaje de navegación
(NAVDATA) modulado en ambas portadoras, el cual suministra la siguiente
información:
• Efemérides de los satélites: Información que refleja el movimiento del
satélite en su orbita y permite calcular la posición de éste al instante de
medición.
• Almanaque: Información sobre la posición de todos los satélites de la
constelación.
8
• Tiempo del sistema.
• Correcciones a los relojes de los satélites.
• Número de identificación del satélite.
• Estado (salud) del satélite.
b.- Fuentes de error GPS.
Igualmente que en todos los equipos que se utilizan, una observación
GPS está sometida a varias fuentes de error, que se pueden minimizar
dependiendo del equipo y metodología que se utilice. Estas fuentes de error son
las siguientes:
Tabla 2.1 Fuentes de error GPS.
Fuente de error Tipo de error
Satélites:Error en el cálculo de la órbitaError del reloj (oscilador)
Punto de
Referencia:
Error del oscilador receptor.
Error en las coordenadas de referencia.
Observaciones:
Retraso Ionosférico.Retraso Troposférico.Pérdidas de ciclos.Errores de medida de fase con el receptor en movimiento.Multitrayectoria.
Fuente: Elaboración propia.
2.1.3 Métodos de posicionamiento GPS.
Existen diferentes métodos para obtener una posición empleando un
receptor GPS. La utilización de estos métodos va a depender de la finalidad, la
precisión requerida por el usuario y el tipo de receptor disponible.
9
a.- Posicionamiento autónomo.
Un posicionamiento se denomina absoluto o autónomo cuando se calcula
la posición del punto utilizando un equipo GPS a través de las medidas de
seudo distancias provenientes por medio de código C/A, o código P.
Dependiendo de cual sea el código que provenga la información será la
precisión que se obtenga en la medición. Los resultados obtenidos a través de
este método son poco exactos, para poder mejorar la precisión se deben
emplear dos o más receptores.
b.- Posicionamiento relativo.
El posicionamiento relativo se logra cuando se calcula la posición de un
punto mediante la utilización de dos o más receptores GPS. El sistema GPS
permite dos tipos de observaciones: Seudo distancia a partir del código C/A y
fase de las ondas portadoras L1 y L2, en base a lo anterior, el posicionamiento
relativo se divide en dos:
• Posicionamiento relativo diferencial GPS (DGPS): Se posiciona un
equipo GPS en una estación de coordenadas conocidas, el cual conoce
la posición de los satélites en el espacio y puede estimar con alta
precisión la distancia teórica existente entre él y cada satélite, al dividir
esta distancia por la velocidad de la luz conoce el tiempo que debería
haber tardado, el cual compara con el tiempo que realmente tardó, esta
diferencia es el error de la señal del satélite. Mediante este cálculo puede
diferenciar las coordenadas conocidas del punto con las coordenadas
que está calculando el equipo en ese instante, la diferencia entre ellas
permite obtener correcciones para la medición. Debido a que los satélites
están situados a más de 20.000km las distancias en la Tierra se hacen
mínimas, por lo que si dos receptores están situados a varios centenares
10
de kilómetros, se puede decir que las señales que llegan a ambos
viajaron por el mismo sector de la atmósfera, por lo tanto a ambos
receptores les afectarán los mismo errores.
Los únicos errores que no se eliminan con el método diferencial GPS son
los propios de cada receptor, es decir, el error de multitrayectoria y el
error de ruido del receptor, todos los demás son comunes en ambas
estaciones.
• Posicionamiento relativo con fase portadora: Es la observable más
precisa, por el hecho de que la longitud de onda de las portadoras es
menor que la del código C/A que se utiliza para el cálculo de la seudo
distancia. El receptor GPS que se encuentra estacionado en un punto de
coordenadas conocidas calcula la distancia por medio del desfase de la
onda portadora. La señal de la fase proveniente del satélite es
comparada con una señal de referencia generada por el receptor GPS, a
partir de este desfase se obtiene una parte de la distancia como parte de
la longitud de onda. El número de longitudes de onda completas en la
distancia desde el satélite al receptor GPS es desconocido, en donde el
programa de cálculo del receptor debe estar en condiciones para obtener
el número de longitudes de onda desconocida para así poder calcular las
coordenadas de la estación.
c.- Posicionamiento relativo en tiempo real.
El cálculo de posición, ya sea una medida DGPS o de fase portadora,
puede ser procesado en le receptor móvil, donde se debe disponer en tiempo
real de los datos del receptor base. Existen dos métodos de medición en le cual
el procesamiento de la información se realiza en forma inmediata, obteniendo
11
las coordenadas en tiempo real. Existe una estación base de referencia que
envía las correcciones instantáneamente al receptor móvil para corregir su
posición y así lograr coordenadas con mayor precisión, la forma comúnmente
utilizada para realizar este envío de información es la radio transmisión, donde
tanto el receptor GPS base es equipado de un radio enlace, que capta la señal
de los satélites y la retransmite al receptor móvil el cual también debe estar
provisto de un radio módem. La gran diferencia con el método cinemático con
post-proceso es que la obtención de la información es instantánea.
• Cinemático en Tiempo Real (RTK): Es la técnica de posicionamiento
que permite resultados en tiempo real, a través del procesamiento de la
observable de la diferencia de fase del Sistema Global de Navegación
por Satélite (GNSS). El receptor de referencia envía la información de
fase a los receptores móviles, y calcula la línea base entre ambos
receptores, donde se realiza el procesamiento de la solución por doble
diferencia de fase. Cuando se trabaja con receptores de simple
frecuencia es recomendable (según fabricante) hacer uso de este
método hasta distancias no mayores de 10km desde la estación de
referencia y de 40km para receptores de doble frecuencia.
• DGPS en tiempo real: Esta técnica se basa en que la estación de
referencia de coordenadas conocidas realiza las correcciones a las
seudo distancias a través del código C/A, las que son aplicadas al
receptor móvil. De esta forma un receptor base puede atender a varios
receptores móviles capacitados para recibir la información diferencial,
independiente del fabricante. La transmisión se hace bajo el formato
RTCM y al igual que en el modo RTK, la información es enviada
generalmente mediante radio módem. Con este método se puede
12
obtener precisiones instantáneas en el orden de 1m usando código C/A y
menor a 0.5m usando código P.
La estación de referencia puede ser construida por el usuario a través de
un receptor GPS que sirva como base el cual se intercomunique con el
receptor móvil o bien, ser una estación base fija de funcionamiento
continúo con la cual sea posible establecer la conexión por la cual se
reciban las correcciones en el receptor móvil.
d.- Formatos de transmisión de datos GPS.
La información que almacena la estación de referencia debe ser transmitida,
esto se realiza a través de distintos formatos propios de cada fabricante, los
más usados son:
• RINEX (Receiver Independent Exchange Format): Formato para post-
proceso que nace de la necesidad de combinar los datos de los distintos
tipos de receptores de las diferentes casas comerciales. Este formato
está estandarizado por la Asociación Internacional de Geodesia (IAG), y
la gran mayoría de los programas son capaces de trabajar con este tipo
de formato. Estos datos están disponibles a través de Internet o de FTP
provenientes de la estación de referencia, ya sea vía telefonía móvil o
fija, CD ROM u otro método, dependiendo de las tecnologías disponibles.
• RTCM: Formato estándar mundialmente aceptado establecido por la
Comisión Técnica de Radio para servicios Marítimos. La versión RTCM
2.0 consigue entregar seudo distancias y correcciones suficientes para
GPS en método diferencial (DGPS), consiguiendo precisiones métricas y
submétricas. La versión RTCM 2.1 adicionalmente incluye los datos de la
13
fase portadora, lo que permite resolver las ambigüedades del receptor
móvil, y es más usado para RTK, siendo necesario contar con un ancho
de banda de 4800bps, este formato fue evolucionando y actualmente
cuenta con una nueva versión RTCM 3.0, que incluye características
esenciales para transmisión de datos por la red en RTK.
• CMR (Compact Measurement Record): Formato de transmisión de
datos propio de la empresa Trimble que está siendo adoptado por otras
casas comerciales, es un formato comprimido compacto usado para
transmitir datos en RTK por medio de la fase portadora empaquetado
para alta precisión. Actualmente existen unas versiones más compactas
denominadas CMR+ o CMR Plus y CMRx.
2.1.4 Vías de transmisión de correcciones GPS en tiempo real.
Como se ha dicho anteriormente, la forma más común de realizar el
envío de las correcciones desde la estación de referencia hacia el receptor GPS
móvil, es a través de radio transmisión, pero con el avance de las tecnologías
sumado a una necesidad de mejorar las condiciones de medición, han surgido
otras alternativas para la transmisión de datos.
a.- Enlace de datos por medio de radio módem.
El radio enlace es la vía original para la transmisión de las correcciones
GPS, en el cual la estación de referencia debe estar provista de un radio
módem para realizar el envío de la información al GPS móvil el que también
debe estar equipado con un radio módem. Los radiotransmisores transmiten los
datos en la banda UHF/VHF. Debido a que el alcance del radio enlace es
limitado, se restringe a líneas base cortas (hasta 10km), además existen zonas
14
donde la topografía logra que las ondas de radio reboten y la información no
consigue llegar al GPS móvil.
b.- Sistemas de Aumentación de la Señal GPS.
Son sistemas que incrementan el área de cobertura de correcciones GPS
a través de una amplia red de satélites Geoestacionarios que emiten la
información de corrección diferencial para aplicaciones en tiempo real. Estos
sistemas mejoran el posicionamiento horizontal y vertical del receptor y dan
información sobre la calidad de las señales. Aunque inicialmente fue
desarrollado para dar una precisión mayor a la navegación aérea, cada vez se
está generalizando más su uso en otro tipo de actividades que requieren de un
uso de la señal GPS.
Actualmente existen alrededor del mundo, una amplía variedad de estos
sistemas, los cuales ofrecen un servicio gratuito:
• WAAS (Wide Area Augmentation System), gestionado por el
Double 7+ 0+ 8Valores numéricos con valores decimales,
especial para mediciones científicas.Fuente: Elaboración propia.
• Text: Un campo de texto representa una serie de símbolos
alfanuméricos. Esto puede incluir, por ejemplo, nombres de calles,
atributos, u otras descripciones textuales.
• Dates: Un campo tipo fecha (Date) puede almacenar fechas, tiempos, o
fechas y tiempos. El formato por defecto en el cual la información es
presentada es mm/dd/aaaa (mes/día/año) para fechas y hh:mm:ss
(horas: minutos: segundos) más una especificación de si es AM (Anti
Meridiano) o PM (pasado Meridiano) para el tiempo.
5.- Se pueden establecer propiedades adicionales para el campo creado.
• Alias: Si es necesario se le asigna un alias al campo.
• Allow NULL values: Se permite, o no, almacenar valores nulos al campo.
• Default Value: Si es necesario se asigna un valor por defecto al campo.
• Domain: Si se han creado dominios (reglas para registro de valores,) se
puede asociar uno al campo. Sólo aparecerán los dominios creados para
el tipo de dato configurado en el paso 4. Para saber más sobre los
dominios de atributación se deben consultar los capítulos 2.4.6 y 2.4.7.
42
6.- A través del botón “Import” se puede utilizar como plantilla otra tabla de
datos o cobertura. Para esto se debe seleccionar, desde el explorador de
carpetas de Windows, el archivo al que se desean copiar sus campos y
propiedades. Una vez que los campos hayan sido añadidos podrán ser
corregidos sus nombres y propiedades.
Para agregar más campos a la tabla de datos basta con repetir el
procedimiento desde el paso 3 hasta el 5. Se presiona el botón “Finish” y la
tabla de datos será creada en la Geodatabase.
Los campos creados y una breve descripción de ellos se presentan a
continuación.
• ObjetID_Calles: Campo que cumplirá la función de llave extranjera en la
relación de clase que se creará en el capítulo 2.4.6 y que almacenará los
valores de identificación de cada segmento de calle que se encuentran
en el campo “ObjetID” de la clase geométrica “Calles”.
• Material: Material del pavimento (adoquín, asfalto, hormigón).
• Semáforo: Campo lógico que informará la existencia, o no, de un
semáforo en el tramo (0 = No, 1 = Si).
• P_Cebra: Campo lógico que informará la existencia, o no, de un paso de
cebra en el tramo (0 = No, 1 = Si).
• Bandejon: Campo lógico que informará la existencia, o no, de un
bandejón central en el tramo (0 = No, 1 = Si).
43
• Estado_senal: Estado de la señalética (bueno, medio, malo).
• Estado_pav: Estado del pavimento (bueno, medio, malo).
• Dist_eje: Distancia, medida en metros, desde la solera al eje de la calle.
Figura 2.9 Creación de una tabla de datos en ArcCatalog.
Fuente: Elaboración propia.
2.4.6 optimización del proceso de incorporación y edición de datos en una
Geodatabase.
ArcGis Desktop 9.3 presenta herramientas que facilitan la actualización o
edición de registros de una clase geométrica o tabla. Esta optimización es
44
justamente la que se busca para el posterior proceso de levantamiento DGPS
en tiempo real vía GPRS, con lo cual se facilita y organiza el trabajo de
atributación en terreno. Entre las muchas herramientas se eligieron dos, por el
tipo de levantamiento a realizar y organización de este, estas herramientas son:
Dominios de atributación y relaciones de clase.
a.- Creación de dominios de atributación.
Una de las ventajas de almacenar la información en un Geodatabase es
que se pueden definir reglas sobre como los datos pueden ser editados o
incorporados.
Los dominios de atributación (Domain) son reglas que describen los
valores permitidos por el usuario para un tipo de campo. Múltiples clases
geométricas y tablas de datos pueden compartir dominios de atributación
almacenados en la Geodatabase. El proceso de creación de un dominio de
atributación se realiza en el módulo ArcCatalog y se presenta a continuación.
1.- Se Cliquea con el botón secundario (derecho) sobre la Geodatabase en el
árbol de directorios de ArcCatalog. Se escoge “Properties” para editar sus
propiedades.
2.- Para editar y crear dominios de atributación (Domain) se debe cliquear la
pestaña “Domain”.
3.- Se debe asignar un nombre para el dominio y una breve descripción.
A continuación se deben establecer las características del dominio de
atributación.
45
4.- Field type: Se escoge el tipo de campo permitido para el dominio.
5.- Domain type: Se debe elegir el tipo de dominio, “Range” o “Coded Values”
Para prevenir algún error al atributar un campo, un dominio de intervalo
(Range) obliga que un atributo numérico se encuentre entre un valor mínimo y
uno máximo. Este tipo de dominios son aplicados a tipos de campo numérico
entero corto (Short Integer), numérico entero largo (Long Integer), flotante
(Float), doble (Double), y campos de tipo fecha (Date).
Un dominio de valor cifrado (Coded Value) se aplica a cualquier tipo de
campo, texto, numérico, fecha, etcétera. Los dominios de valor cifrado
especifican una lista de valores validos para un campo. El dominio de valor
cifrado incluye tanto un valor real que es almacenado en la base de datos como
una descripción más fácil de usar.
6.- División y unión de elementos: Esta es una herramienta importante y muy
usada dentro de los geoprocesos. Un elemento puede ser dividido en dos,
como a su vez dos elementos pueden ser combinados o unidos para formar uno
solo. El resultado geométrico de esta operación es fácil de imaginar, pero sus
efectos en la tabla de atributos no lo son. El comportamiento de los valores
atributados, cuando un elemento es dividido, es controlado por las políticas de
división (Split policy). Cuando dos elementos son unidos, los valores atributados
son controlados por las políticas de unión (Merge policy).
Split policy: Un atributo de cualquier tabla de datos, clase geométrica o
subtipo puede poseer una de las tres políticas de división que controlan el valor
de un atributo en el objeto de salida.
46
• Default value: Los atributos de los dos elementos resultantes toman el
valor por defecto del campo de la clase geométrica o subtipo.
• Duplicate: Los atributos de los dos elementos resultantes copian los
valores originales del elemento inicial.
• Geometry ratio: Los atributos de los dos elementos resultantes son
dados de forma proporcional de acuerdo a como la geometría original fue
dividida. Si la geometría es dividida en partes iguales, cada nuevo
elemento obtiene la mitad del valor del atributo original. Esta política sólo
es aplicable a los dominios de campo tipo numérico.
Merge policy: Un atributo de cualquier tabla de datos, clase geométrica o
subtipo puede poseer una de las tres políticas de unión que controlan el valor
de un atributo en el objeto de salida.
• Default value: Los atributos del elemento resultante toman el valor por
defecto del campo de la clase geométrica o subtipo. Esta política es la
que se aplica a campos no numéricos y dominios de valores cifrados.
• Sum values: Los atributos del elemento resultante toman la suma de los
valores de los elementos originales.
• Geometry weighted: Los atributos del elemento resultante son el
promedio del peso de los valores de los elementos originales. Este
promedio está basado en la geométrica original de los elementos.
47
Lista De
valores
Al ser pulsado el botón aplicar (Apply) se creará el nuevo dominio y
estará en condiciones de ser elegido para controlar algún campo. Los dominios
de atributación creados se presentan en la siguiente tabla:
Figura 2.10 Creación de dominios de atributación en ArcCatalog.
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 2.5 Dominios de atributación creados para la Geodatabase.
Nombre del dominio
DescripciónTipo de campo
Tipo de dominio
Política de división
Política de unión
AlturasMínimas y máximas
alturas.Short Integer Range
Valor por defecto
Valor por defecto
Boolean Existe o no existe Short IntegerCoded Values
Valor por defecto
Valor por defecto
Comunas Comunas del proyecto TextCoded Values
Valor por defecto
Valor por defecto
48
Estado Estado del pavimento TextCoded Values
Valor por defecto
Valor por defecto
Material Material del pavimento TextCoded Values
Valor por defecto
Valor por defecto
Type Tipo de vía TextCoded Values
Valor por defecto
Valor por defecto
Fuente: Elaboración propia.
b.- Asociación de valores por defecto y dominios de atributación a clases
geométricas y tablas de datos.
Una vez que se han creado dominios de atributación se pueden asociar
ellos y sus valores por defecto a campos de una tabla de datos o clase
geométrica. Al realizar esta asociación, una nueva regla de validación de
atributos es creada en la base de datos. Un mismo dominio de atributación
puede ser asociado a múltiples campos de la misma tabla de datos o clase
geométrica. Ahora se detallará este simple proceso.
1.- Se debe cliquear con el botón secundario (derecho) sobra la tabla de datos o
clase geométrica a la cual se desea asociar un dominio de atributación en el
árbol de directorios de ArcCatalog. Se selecciona las propiedades (Properties)
de elemento.
2.- Se cliquea sobre la pestaña “Fields”.
3.- Se debe seleccionar el campo al cual se desea crear un valor por defecto y/o
asociar un dominio de atributación.
4.- Se cliquea en el espacio al lado de la fila “Default Value” y se escribe el valor
por defecto que se pretende establecer.
Se debe cliquear el botón aplicar (Apply) si es que no se desea asociar
un dominio de atributación al campo.
49
5.- Se cliquea en el espacio al lado de la fila “Domain”, se pulsa la flecha de la
lista desplegable y se escoge el dominio, entre los que se hayan creado y sean
compatibles con el tipo de campo, que se busca asociar a éste.
Se deben repetir los pasos 3 al 5 hasta que se hayan asociado los
valores por defecto y dominios de atributación para todos los campos a los que
se quieran aplicar estas propiedades. Se cliquea el botón aplicar (Apply) y los
cambios serán guardados.
A continuación, en la tabla 2.6, se presentan los distintos campos
utilizados en este trabajo, a los cuales se asignaron dominios de atributación y/o
valores por defecto.
Tabla 2.6 Asignación de dominios de atribulación y valores por defecto.
Nombre del
campo
Elemento de
origenTipo de campo
Dominio de
atributación
Valor por defecto
asignado.Name Calles Text José Joaquín PérezType Calles Text Type No posee.
L_F_Add Calles Short Integer Alturas No posee.L_T_Add Calles Short Integer Alturas No posee.R_F_Add Calles Short Integer Alturas No posee.R_T_Add Calles Short Integer Alturas No posee.
CityL Calles Text Comunas No posee.CityR Calles Text Comunas No posee.
Semáforo Atributos_Calles Short Integer Boolean No posee.P_Cebra Atributos_Calles Short Integer Boolean No posee.Bandejon Atributos_Calles Short Integer Boolean No posee.Material Atributos_Calles Text Material No posee.
Estado_senal Atributos_Calles Text Estado No posee.Estado_pav Atributos_Calles Text Estado No posee.
Fuente: Elaboración propia.
50
c.- Creación de una relación de clase.
Las relaciones de clase (Relationship Class) en una Geodatabase son
similares a relaciones que se pueden establecer con un sistema de gestión de
datos. Éstas manejan las asociaciones entre objetos en una clase (clase
geométrica o tabla de datos) y objetos en otra. Los objetos creados en una
relación pueden ser rasgos geométricos o registros en una tabla de datos.
Las relaciones de clase soportan todo tipo de cardinalidades: “uno a
uno”, “uno a muchos”, y "muchos a muchos". Las que proveen capacidades
avanzadas que no se encuentran en ArcMap con las uniones (Joins) y
relaciones (Related). A continuación se creará en el módulo ArcCatalog una
relación de clase que relacione la clase geométrica “Calles” con la tabla de
datos creada para complementar la información de éstos. Con lo anterior se
logra una optimización en la organización de cómo se registran los atributos de
las calles que van siendo levantadas o editadas. En otras palabras la relación
de clase permite la edición de una tabla de datos o clase geométrica al mismo
tiempo que se edita otra.
1.- Se Cliquea con el botón secundario (derecho) sobre la Geodatabase, en el
árbol de directorios de ArcCatalog. Se selecciona “New” y luego “Relationship
Class” para crear una relación de clase.
2.- En el cuadro de diálogo “New Relationship Class” se debe asignar un
nombre, además de un elemento de origen y otro de destino para la relación.
3.- En el siguiente paso se debe elegir el tipo de relación ya sea simple (Simple
relationship) o compuesta (Composite relationship). En este trabajo se escoge
una relación compuesta, ya que no tendría sentido guardar un registro de
atributo de un elemento que ya no existiese.
51
En una relación simple, los objetos relacionados pueden existir el uno
independientemente del otro. Cuando se suprime un registro de origen, el valor
clave para el registro de destino (llave extranjera) es puesto como nulo. Este
comportamiento está diseñado para mantener la integridad de referencia entre
los objetos.
Las relaciones compuestas también mantienen la integridad de
referencia cuando los objetos son suprimidos, pero esto se lleva a cabo de un
modo diferente. En una relación compuesta, los objetos de destino no pueden
existir de forma independiente a la de los objetos de origen, es así como
cuando un registro de origen es suprimido, el o los registros de destino
relacionados también lo son.
4.- En este paso se deben asignar las etiquetas de ida y vuelta, además de la
dirección de los mensajes que serán propagados entre los objetos relacionados.
Las etiquetas de ida y vuelta se mostrarán en la tabla de atributos y en el
cuadro de resultados de la herramienta identificar (Identify) en ArcMap. Estas
etiquetas tienen como finalidad ayudar en la navegación entre objetos
relacionados. La mensajería es el mecanismo que los objetos relacionados
usan para notificarse unos a otros cuando uno de ellos es modificado.
5.- Se debe seleccionar la cardinalidad que soportará la relación de clase. Ésta
podrá ser “uno a uno”, “uno a muchos”, o “muchos a muchos”. En este trabajo
se opto por una cardinalidad de “uno a uno”, ya que un segmento de calle sólo
puede tener un grupo de atributos.
6.- En este paso se debe escoger si es que se desean o no agregar campos a
la relación de clase.
52
7.- Se deben escoger los campos que funcionarán como llave de origen
(elemento origen) y llave extranjera (elemento destino). Sólo se podrán
seleccionar campos numéricos comunes. Los campos clave en este trabajo son
el llamado “ObjetID” (origen, clase geométrica “Calles”) y el llamado
“ObjetID_Calles (destino, tabla de atributos).
Una vez terminada la configuración de la relación de clase se podrán
revisar las opciones especificadas en un reporte de éstas, que se desplegará en
pantalla. Finalmente se creará la relación de clase.