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Explicación de los sistemas de coordenadas GNSS
Tabla de contenidos.
¿Cuándo conviene tener en cuenta los sistemas de coordenadas y cuándo no?
Sí es necesario pensar en sistemas de coordenadas si la tarea es solo sobre coordenadas relativas como:
- El robot navega utilizando coordenadas relativas, como moverse 5 metros hacia el este.
- El tractor debe circular por un campo y tener una precisión centimétrica entre pasadas.
- El dron solo necesita “regresar al punto de despegue”.
- Comparación de puntos registrados por el mismo receptor, sin vincularlos a mapas (verificando si un tractor regresó al mismo punto del campo).
Debes SÍ necesito preocuparse por los sistemas de coordenadas si la tarea implica Comparación de mediciones GNSS con mapas de terceros, SIG o documentación oficial.:
- Geodesia, catastro, topografía: se refiere a medir los límites de un terreno y compararlos con un mapa catastral.
- Combinando los datos GNSS obtenidos con mapas elaborados por proveedores externos o con las mediciones que su universidad realizó con otro equipo.
- Compartir datos de posicionamiento con terceros (como autoridades catastrales o contratistas), por ejemplo, cuando proporciona las coordenadas de una ubicación de excavación planificada a un contratista que utilizará su propio equipo RTK para localizar el punto exacto en el terreno basándose en su mapa.
Si este es tu caso, continúa leyendo. Los sistemas de coordenadas ahora son importantes para ti.
Explicación de los sistemas de coordenadas
Una de las razones más comunes para Los datos erróneos en el campo son sistemas de coordenadas que no coinciden, entre su rover, base o NTRIP TRANSPORTE GRATUITO.
Para evitar errores costosos, es importante comprender cómo funcionan los sistemas de coordenadas y cómo contribuye cada parte de la configuración de su GNSS a la posición final.
datos
Cuando se mide algo, siempre se necesita un punto de partida, o "cero". Si dos personas no utilizan el mismo punto de partida, sus mediciones no se pueden comparar. Lo mismo ocurre con las posiciones en la Tierra.
Debido a que la Tierra no es una esfera perfecta, la geodesia utiliza un elipsoide como un modelo simple de la Tierra. fecha Define este elipsoide, su posición relativa al centro de la Tierra y cómo se miden la latitud, la longitud y la altura.
- Los datos globales abarcan todo el planeta. y son utilizadas por los sistemas GPS/GNSS. Se actualizan con el tiempo a medida que mejoran las mediciones. Sin embargo, los sistemas de referencia globales están vinculados al centro de la Tierra, por lo que las coordenadas cambian lentamente debido al movimiento de las placas tectónicas (aproximadamente 10 cm por año). Un punto que midas hoy no tendrá las mismas coordenadas exactas dentro de 10 años.
Ejemplos: WGS84, ITRF. - Los sistemas de referencia locales fijan las coordenadas a una placa tectónica, región o país. Todo lo que hay en esa placa se mueve al unísono, por lo que las coordenadas se mantienen estables a lo largo del tiempo.
Ejemplos: GDA94 (Australia), NAD83 (América del Norte), ETRS89 (Europa).
Los datos de referencia también pueden ser:
- Estático: Las coordenadas no cambian con el tiempo.. Si hay poca o ninguna actividad tectónica y los movimientos de la tierra año tras año son insignificantes.
Ejemplos: ETRS89 utilizado en Europa.
- Dinámico: las coordenadas se actualizan constantemente a medida que la Tierra se mueve.Los sistemas de referencia globales suelen ser dinámicos y se actualizan varias veces al año debido al desplazamiento relativo de los continentes entre sí.
Ejemplos: WGS84, ITRF, IGS.
- Semidinámico: Las coordenadas se actualizan después de los eventos de deformación., como terremotos, o cada pocos años. Los datos regionales/nacionales locales en países donde hay actividad tectónica suelen ser semidinámicos.
Ejemplos: NAD83(2011) se usa en EE. UU., GDA2020 se usa en Australia.
Épocas
Para datos dinámicos y semidinámicos, también Es necesario saber la fecha y hora en que se midió la posición, ya que la posición depende del tiempo. así como X, Y, Z.
Por ejemplo, el nombre correcto del último datum horizontal utilizado en los Estados Unidos es NAD83 (2011) Época 2010.00 o NAD83 (2011) Época 2025.00
Cuando combinas el datum (el “dónde”) y la época (el “cuándo”), obtienes lo que la geodesia llama el marco de referenciaSi comparas tus mediciones con un mapa o conjunto de datos existente, asegúrate siempre de que utilicen el mismo sistema de referencia (datum y época); de lo contrario, las posiciones podrían no coincidir correctamente.
Proyecciones
Una proyección es un método matemático para dibujar la Tierra curva en un mapa plano (2D). Esto es necesario porque la latitud/longitud no son convenientes para distancias, ángulos o CAD extra.
Mientras que el sistema de coordenadas geográficas recopila información sobre elipsoides, geoides y datos, indicando dónde se encuentra algo en el espacio 3D, El sistema de coordenadas proyectado contiene la información del sistema de coordenadas, además de otros detalles como el modelo matemático. de la proyección.
Ejemplos de proyecciones cartográficas:
- UTM (Universal Transverse Mercator) Es la proyección más común para GNSS, cartografía y topografía. Por ejemplo, la zona UTM 32N se utiliza en Europa central.
- Web Mercator Es la proyección utilizada por Google Maps, OpenStreetMap y otros servicios de mapas en línea.
transformaciones de datos
Un mismo lugar en la Tierra puede tener coordenadas diferentes dependiendo del sistema de referencia utilizado:
- Los receptores GNSS autónomos (sin correcciones RTK) proporcionan la posición en el datum global WGS84/ITRF.
- Los receptores RTK proporcionan la posición en el Datum en el que se encuentra la estación base / NTRIP El servicio de corrección fue calibrado.
Si el datum utilizado por su receptor GNSS y el datum que desea para las posiciones no coinciden, necesita una transformación de datum. Piense en ello como en la conversión de divisas: 100 € no son lo mismo que 100 $, pero con el tipo de cambio adecuado puede compararlos. Una transformación de datum es simplemente un procedimiento matemático que desplaza, rota o escala las coordenadas en diferentes datums para que reflejen el mismo punto físico.
Los cuatro ejemplos que se presentan a continuación abarcan los escenarios reales más comunes en los que intervienen las transformaciones de datos. Cada ejemplo ilustra qué sucede, qué problema surge y cómo solucionarlo.
Casos de uso típicos:
Trabajar con mapas y datos GNSS que utilizan diferentes sistemas de referencia.
Imagina que te preparas para un trabajo de campo y cargas un mapa o una capa de fondo (por ejemplo, de Google Earth, OpenStreetMap o una ortofoto tomada con un dron) en una aplicación como SW Maps. Estas fuentes casi siempre utilizan el datum global WGS84, ya que es el estándar para la mayoría de los mapas globales web.
Mientras tanto, su receptor RTK está conectado a un sistema local. NTRIP servicio de corrección como SAPOS, que proporciona correcciones RTK en ETRS89, la referencia geodésica oficial para Alemania y la mayor parte de Europa.
Aunque WGS84 y ETRS89 son muy similares, sus puntos de referencia difieren entre 1 y 2 metros en Europa. Por lo tanto, al superponer un mapa WGS84 con mediciones RTK basadas en ETRS89, los puntos pueden aparecer ligeramente desplazados; por ejemplo, los límites de las propiedades o los bordes de los campos no coincidirán perfectamente.
Para solucionar esto, debe aplicar una transformación de datum de ETRS89 a WGS84 (o viceversa, según la configuración de su proyecto) dentro de su aplicación o software SIG. Después de aplicar la transformación, los puntos RTK medidos y el mapa de fondo se alinearán correctamente.
Por qué Google Maps puede mostrar pequeños desfases:
Google Maps es un caso especial que merece ser mencionado. Está alineado con ITRF (muy cerca de WGS84), pero las imágenes en sí no están perfectamente vinculadas a ese marco de referencia.
Cada imagen satelital de Google Maps se procesa y ortorrectifica por separado, lo que introduce pequeños desplazamientos residuales en las imágenes. Debido a esto, la capa visual puede estar desplazada entre 10 y 20 cm, a veces más, dependiendo de la zona.
Por lo tanto, incluso si realiza la transformación correctamente entre ETRS89 y WGS84, es posible que aún observe una pequeña discrepancia entre los puntos precisos de RTK y la imagen de fondo de Google Maps.
Utilizando los servicios locales de corrección RTK
Cuando utiliza un receptor RTK conectado a una red correccional nacional como SAPOSLas correcciones se transmiten en el marco de referencia local; en el caso de Alemania, ETRS89. Este es el datum horizontal oficial utilizado en toda Europa para cartografía, topografía y aplicaciones GNSS.
Sin embargo, ETRS89 no es solo un datum, sino que también incluye una época, que define el momento en el tiempo al que se refieren las coordenadas. Debido a que Europa se mueve ligeramente con respecto al centro de la Tierra (aproximadamente 2.5 cm por año), las coordenadas en ETRS89 están fijas a una referencia temporal específica: ETRS89 en la época 1989.0 (el momento en que la posición de la placa europea se "congeló" con respecto al sistema global WGS84/ITRF).
SAPOS Transmite correcciones en una realización de ETRS89 en la época 1989.0, por lo que: Sus posiciones RTK son estables y consistentes con los mapas nacionales, aunque la placa tectónica se haya movido desde entonces.
No es necesario aplicar ninguna transformación de época al comparar su SAPOS-coordenadas basadas en datos catastrales o topográficos oficiales alemanes: todas están definidas en el mismo marco de referencia.
Esta es una de las principales ventajas de utilizar un servicio local. NTRIP Servicio: "traduce" los datos satelitales globales al sistema de coordenadas local de su país en tiempo real.
Utilizando el servicio de corrección global (Galileo HAS, PointPerfect, Skylark)
Imagina que estás diseñando un proyecto vial en AutoCAD, utilizando el sistema de coordenadas de referencia oficial de tu país; por ejemplo, ETRS89 / UTM zona 33N en Austria.
Más tarde, su equipo de campo procede a marcar el diseño utilizando un receptor GNSS conectado al Galileo HAS Servicio que proporciona correcciones directamente desde satélites. Para la construcción de carreteras, una precisión de 20 a 40 cm es suficiente, por lo que usar HAS tiene sentido.
Sin embargo, Galileo HAS Transmite correcciones en el datum global WGS84 (Sistema Geodésico Mundial 1984). Si bien WGS84 y ETRS89 son bastante similares, sus puntos de referencia difieren en aproximadamente 1-2 metros en Europa, o incluso varios metros en otros lugares.
Por eso, para garantizar que los datos de su estudio, los planos de diseño y los mapas se alineen perfectamente dentro del mismo marco de referencia, debe transformar los datos de diseño del datum local ETRS89 al datum global WGS84 antes de enviarlos al receptor GNSS.
Utilizar el servicio de corrección que envía mensajes RTCM 1021–1027
En algunos países, los servicios penitenciarios nacionales (como APOS en Austria, SatRef en Hong Kong) transmiten no solo datos de corrección RTK estándar, sino también mensajes de transformación RTCM 1021–1027 especiales.
Estos mensajes adicionales contienen parámetros de transformación de coordenadas locales: desplazamientos matemáticos que convierten el marco de referencia global en el sistema de coordenadas regional exacto.
Esta “transformación local” ajusta las posiciones GNSS calculadas en un marco global (como ITRF en el caso de APOS) para que coincida con el sistema de coordenadas nacional oficial utilizado para cartografía y topografía. Aplica pequeñas traslaciones, rotaciones y correcciones de escala para que sus coordenadas se alineen perfectamente con los puntos de control topográfico locales.
Es importante destacar que esto no es lo mismo que usar un sistema de referencia regional como ETRS89. ETRS89 define un marco de referencia estable para toda Europa, pero cada país puede tener su propia versión local (por ejemplo, ETRS89(AT) en Austria o ETRS89(PL) en Polonia). Los mensajes RTCM 1021–1027 proporcionan el paso adicional necesario para ajustar con precisión las coordenadas de ese marco regional a la cuadrícula local exacta de su país.
Cuando el receptor RTK y el software de campo admiten estos mensajes, pueden generar automáticamente las coordenadas en la cuadrícula local correcta, sin que usted tenga que introducir manualmente ningún parámetro de datum o proyección.
Alturas: elipsoide frente a nivel del mar frente a ortométrica
Otro desafío común en el posicionamiento GNSS es comprender que no todas las "alturas" son iguales. Los receptores GNSS emiten naturalmente alturas elipsoidales, que se referencian al elipsoide WGS84, no al nivel del mar. Sin embargo, muchas aplicaciones de topografía se basan en alturas ortométricas, que se basan en el nivel medio del mar. Esta discrepancia crea un desafío clave: para comparar o utilizar datos de elevación de forma consistente, debe convertir entre sistemas de referencia utilizando un modelo geoide.
Para una explicación más detallada de las alturas elipsoidales, ortométricas y geoides, consulte la La diferencia entre la altura elipsoidal, ortométrica y geoide.
Si buscas un modelo de geoide adecuado para tu país, hemos recopilado datos de geoides de diferentes países para ti: Modelo de geoide para tu país para medir altura ortométrica.
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