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Soluciones Geoespaciales

APLICACIONES DE ESTACIONES DE REFERENCIA CONTINUA GNSS

Por Ariel Silva | Gerente de Soporte y Preventa | GEOCOM


INTRODUCCIÓN

La geodesia espacial ha revolucionado el posicionamiento preciso durante los últimos 40 años. Primero de la mano de GPS y ahora en base a múltiples constelaciones como GLONASS, Galileo y BeiDou, el posicionamiento satelital ha llegado a satisfacer demandas provenientes de la ingeniería, minería, construcción, agricultura, sólo por nombrar algunas industrias. Sin embargo, una de las aplicaciones más importantes del posicionamiento satelital es la navegación. Habitualmente la navegación se ve satisfecha usando receptores GNSS que sólo observan código, llegando a obtener precisiones que van del orden de unos pocos metros lo cual es más que suficiente en términos muy generalizados. En el caso de enfrentar aplicaciones que necesiten de una determinación de coordenadas con mayor precisión se requiere de receptores GNSS que observen código y fase, además de una fuente de corrección que puede estar dada por una antena GNSS fija por el tiempo en el que se realice la observación. A este tipo de posicionamiento se le conoce como relativo o diferencial siendo, actualmente, el método que ofrece la mayor precisión en el posicionamiento satelital.

Algunas aplicaciones se valen de esta técnica usando receptores y antenas que son itinerantes, esto quiere decir que sólo ocupan una posición (o una trayectoria si es móvil) por un tiempo determinado generando temporalmente la instancia de emitir y/o recibir correcciones de forma específica. Las ventajas de esta forma de trabajo van asociadas a la flexibilidad del uso de los receptores, sin embargo, no permiten observar de forma continua ni menos centralizar jerárquicamente el sistema de referencia.

En este sentido, aparecen las estaciones de referencia continua GNSS las cuales corresponden a receptores y antenas que permanecen instalados de forma permanente en la misma posición a través del tiempo. Las características de estos receptores deben ser especiales de acuerdo a los servicios que pueden proveer siendo capaces de generar un origen conocido de un marco de referencia y de suministrar de forma continua observaciones y correcciones para varias técnicas de procesamiento de datos GNSS.

¿QUÉ ES UNA ESTACIÓN DE REFERENCIA CONTINUA GNSS?

Es un receptor y antena GNSS que cumplen con los siguientes criterios:

  • La antena permanece en la misma posición durante un tiempo muy prolongado (varios años).
  • El receptor es capaz de observar de forma continua emitiendo un flujo de datos que alimenta a un software especializado.
  • El receptor tiene conexión a internet (a o una red local) permitiendo su operación remota.

REDES EN TIEMPO REAL: RTN


Las estaciones de referencia emiten las observaciones GNSS a través de un flujo continuo que es recibido por un centro de control el cual tiene por objetivo obtener, al menos, dos productos: archivos de observación GNSS y emisión de correcciones diferenciales. De forma paralela, para garantizar la fiabilidad del sistema, cada estación genera los mismos productos de forma local almacenando en una memoria propia. A esto se le conoce como una red en tiempo real o RTN (Real-Time Network por su sigla en inglés).

Algunos ejemplos de redes chilenas en tiempo real pueden ser:

Red GNSS GEOCOM


Es una iniciativa de cooperación liderada por GEOCOM durante la última década. Integrada por 11 estaciones que aportan con observaciones GNSS a un NTRIP Caster que permite el posicionamiento en modo RTK a través de multiestación y estación simple.

Red GNSS GEOCOM


El acceso a los datos de la red es gratuito estando optimizado para los productos de Trimble.

Más información en: https://www.geocom.cl/red-gnss/

Red Chuquicamata

Corresponde a la infraestructura geodésica en tiempo real que usa CODELCO para sus faenas del distrito Chuquicamata. Está integrada por 4 estaciones de referencia continua GNSS que suministran correcciones diferenciales para receptores móviles. Además, las estaciones son la base para las operaciones de monitoreo.

Red Chuquicamata

Red CSN


El Centro Sismológico Nacional cuenta con una red GNSS con presencia en todo Chile. Las observaciones GNSS de más de 100 estaciones se registran de forma diaria en el sitio http://gps.csn.uchile.cl/data/ teniendo datos desde 2013.

Red del Centro Sismológico Nacional

POSICIONAMIENTO PRECISO EN TIEMPO REAL: RTK


Las estaciones de referencia pueden llegar a centralizar el posicionamiento en tiempo real de una serie de receptores GNSS móviles con fines topográficos. El principal beneficio es la versatilidad que ofrece para diferentes usuarios que sólo necesitan inicializar el móvil para recibir las correcciones diferenciales.

Usualmente, las bases GNSS transmiten correcciones diferenciales a través de la banda UHF usando radios especializadas para estos efectos.

Si la estación de referencia está conectada a internet se abre la posibilidad de enviar correcciones diferenciales por medio de internet a móviles GNSS, obteniendo un sistema redundante que garantiza la disponibilidad del servicio.

RTK en Trimble Access

ESTACIONES ACTIVAS PARA REDES GEODÉSICAS


Hoy en día, las grandes redes geodésicas se materializan a través de GNSS observando líneas base. En estricto rigor, se logran ajustar poliedros en el espacio tridimensional que están ligados directamente a un marco de referencia geocéntrico. Las estaciones de referencia continua se transforman en estaciones activas de redes geodésicas pudiendo formar redes absolutamente activas (un conjunto de estaciones de referencia GNSS observando simultáneamente) o una red mixta donde existan estaciones activas y pasivas.


Las descargas por internet de Trimble Business Center son, particularmente, muy útiles en este ámbito. Teniendo claridad con los tiempos de observación es posible descargar observaciones GNSS, órbitas precisas, parámetros de orientación terrestre y archivos de coordenadas.

Red geodésica conectada a una estación activa del CSN

CONEXIÓN DIRECTA A SIRGAS

En rigor, una estación de referencia puede trabajar con una aproximación de sus coordenadas en relación a la referencia geodésica. No obstante, en Chile la referencia geodésica oficial está dada por SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas), por lo tanto, todas las posiciones geodésicas deben referirse a este marco. Hoy en día, SIRGAS reemplaza, en muchos ámbitos, a la antigua referencia dada por algunos sistemas topocéntricos como PSAD56 y SAD69.


La conexión directa al sistema geocéntrico no va en desmedro del uso de coordenadas locales. De hecho, es posible usar una variedad de sistemas topográficos centralizados en una serie de estaciones de referencia continua GNSS. Lo único que se debe asegurar es la homogeneidad de ambos sistemas de coordenadas para el posterior cálculo de parámetros de transformación.

SIRGAS-CON


Chile cuenta con 2 centros locales de procesamiento de SIRGAS que se encargan de una parte de la Red SIRGAS-CON suministrando una solución semanal que debe ser combinada por centros en Brasil y Alemania. Estos centros son Instituto Geográfico Militar (IGM-Cl) y Centro de Procesamiento y Análisis Geodésico de la USACH (USC). Para más información ir a http://www.sirgas.org/es/


ORIGEN PARA MONITOREO

La observación GNSS se ha transformado en una excelente herramienta de monitoreo dada su capacidad de medición continua. Otra buena razón para monitorear con GNSS es su capacidad de observar altas tasas de registro (hasta 100 Hz). Además, permite monitorear desde puntos fijo muy lejanos lo que permite aislar algunos efectos locales.

Una estación de referencia ofrece el origen del monitoreo considerando su cálculo sistemático a través del tiempo. De otra forma, puede ser considerada como fija para monitoreo usando motores de procesamiento dinámico orientados a movimientos súbitos y rápidos.

Un ejemplo de monitoreo a través de GNSS es la labor que realiza el Observatorio Volcanológico de los Andes del Sur, más conocido como OVDAS, que mantiene la Red Nacional de Vigilancia Volcánica a través de una variedad de sensores con el objetivo de monitorear una serie de efectos producidos en algunos volcanes.

De esta forma, las estaciones de referencia continua GNSS envían un flujo de datos que es recibido por Trimble 4D Control realizando el cálculo de posiciones en tiempo real o, luego de colectar datos según un tiempo dado, en posproceso. El mismo software se encarga de realizar las series de tiempo así como también de alertar cuando se supere ciertos umbrales definidos por el usuario.


APOYO PARA LA TRIANGULACIÓN FOTOGRAMÉTRICA

La fotogrametría se ha convertido en una técnica muy usada para la representación del terreno bajo diferentes escalas. Sus ventajas están asociadas a la productividad en grandes extensiones de terreno así como también en relación a la alta representatividad de sus resultados. Además, durante los últimos años se ha visto la incorporación de técnicas de referenciación directa para las cámaras fotográficas a bordo de drones: se habla de un GNSS determinando la posición de la cámara en cada momento.


Para desarrollar esta técnica se requiere de observaciones GNSS con tasas de registro superiores a 1 observación por segundo. En este sentido, las estaciones de referencia GNSS pueden registrar observaciones GNSS en múltiples sesiones.

Con esto, todos los levantamientos fotogramétricos quedan ligados a una referencia única otorgando gran confiabilidad en el procesamiento de los datos además de una gran productividad en terreno ya que no se necesita de una base itinerante

CONTROL DE EQUIPOS Y MAQUINARIA

Las estaciones de referencia continua GNSS también contribuyen en el posicionamiento preciso de diferentes equipos y maquinaria que cuenten con sistemas de navegación precisa.

En este ámbito, el área de I+D de GEOCOM ha desarrollado sistemas de posicionamiento preciso mejorando la productividad de una serie de procesos impactando positivamente en ámbitos como la seguridad y la calidad. Los desarrollos son:

NASAP: sistema que incorpora equipos GNSS de la más alta precisión para guiar a las perforadoras ubicando la posición para perforar y guiando la barra en la dirección correcta.

PRETOP: permite controlar el cumplimiento del estándar de altura de los pretiles en caminos y botaderos.

HUSKY es un sistema que se implementa para que los operadores puedan conducir sobre mantos de nieve conociendo exactamente dónde se encuentra el camino y distinguiendo los peligros que le rodean aunque sean invisibles por estar cubiertos con nieve o al tener baja visibilidad por viento blanco.

DEPEX: posibilita a las grúas ubicar cargas en posiciones exactas. El sistema MAC-RM permite que equipos de apoyo que trabajan cercanos a otra maquinaria mayor puedan evitar colisiones en base a una alerta visual y audible.

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