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Diseño geodésico 1 I ciclo, 2014 José Francisco Valverde Calderón

Diseño geodésico 1 I ciclo, 2014 José Francisco Valverde Calderón Email: jose.valverde.calderon@una.cr Sitio web: www.jfvc.wordpress.com. Profesor: José Francisco Valverde C. Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014. Capítulo 1 Diseño y optimización de redes geodésicas regionales.

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Diseño geodésico 1 I ciclo, 2014 José Francisco Valverde Calderón

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  1. Diseño geodésico 1 I ciclo, 2014 José Francisco Valverde Calderón Email: jose.valverde.calderon@una.cr Sitio web: www.jfvc.wordpress.com Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  2. Capítulo 1 • Diseño y optimización de redes geodésicas regionales • Redes geodésicas y topográficas • Recordar: • Geodesia matemática = Tierra como elipsoide. • Geodesia física = Geoide. • Topografía = Tierra plana. • En la geodesia clásica se aplican correcciones para pasar del terreno al elipsoide, e inclusive para proyectar las observaciones sobre un plano cartográfico* Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  3. Definición de geodesia • Ciencia que trata de la determinación de la forma y el tamaño de la Tierra, y del estudio de su campo gravitacional, valiéndose para ello de “puntos”, los cuales definen redes geodésicas. • La geodesia debe determinar coordenadas (X, Y, Z),(, , h),(E, N, (H)) del conjunto de puntos que conforman la red, dadas para una época de referencia (to). • También se puede dar el valor de g. • Estos puntos se refieren a algún marco de referencia, que puede ser global, continental, nacional o local. • Comúnmente los sistemas nacionales son oficiales. • La red sirve para propósitos, como cartografía, apoyo fotogramétrico, levantamientos catastrales, ingeniería, entre otros. Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  4. Datum geodésico • Es el conjunto de parámetros que dan ubicación, orientación y escala a una red geodésica. • Datum convencional: establecido por técnicas convencionales, NO son globales. • Datum satelital: establecido con técnicas satelitales, son de cobertura global y dinámicos. • Definición clásica: punto donde el geoide y el elipsoide coinciden. • Los puntos datum se establecían cerca del nivel medio del mar y se efectuaban mediciones astronómicas para determinar , . Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  5. Datum geodésico Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  6. Datum geodésico Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  7. Teodolito astronómico T4 WILD HEERBRUGG teodolito T4 de alta precisión, utilizado para triangulación de 1er orden. Determinación Longitud 0.01seg Determinación Latitud 0.2” Determinación Acimut 0.3” 2 cajas, peso 60 kg Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  8. Definición de red geodésica • Conjunto de puntos relacionados entre si por medio de observaciones geodésicas. • Conjunto de puntos cuya posición relativa esta definida esta definida por posiciones geodésicas. • Propósito: • Proporcionar un marco de referencia para la planificación, la coordinación y ejecución de los levantamientos, para cumplir con el propósito para la cual es diseñada y establecida. La precisión de la red debe ser superior a los levantamientos que ella sustenta. Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  9. Clasificación de las r.g • El orden de una red está relacionado con un criterio jerárquico definido por el nivel de exactitud de la red y por el orden cronológico en el establecimiento. • Con estos criterios las redes geodésicas se clasifican en redes de: • Primer orden • Segundo orden • Tercer orden • El concepto de red de orden cero surge con el aprovechamiento al aplicar metodologías GNSS para establecer redes permanentes. • En la actualidad se da preferencia a los métodos GNSS para la definición de las redes nacionales de referencia. Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  10. Redes de orden jerárquico, si se usan métodos clásicos: • 1 Orden: lados de entre 20 o 30 km a 40 o 50 km, incluso mas. • 2 Orden: lados de entre 10 o 15 km a 20 o 30 km. • 3 Orden: lados de 5 km a 10 o 15 km. • 4 Orden: redes poligonales y redes usadas para fines catastrales. • En la actualidad las clasificación de redes geodésicas por orden jerárquico esta dado mas por el orden de establecimiento de la red y sus densificaciones (comúnmente no se considera rangos de distancias o exactitudes (considerar normativa técnica)). Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  11. Redes horizontales y verticales • Red horizontal: red planimétrica, con observaciones horizontales, tales como ángulos horizontales, direcciones, distancias, incrementos de coordenadas (GPS). • Red Vertical: red altimétrica, con observaciones verticales, tales como distancias cenitales, diferencias de altura o elevaciones. • Cuando se combinan ambas redes o se combinan los tipos de observaciones, se puede tener una red tridimensional. • Por ubicación y/o cobertura • Redes locales • Redes nacionales • Redes regionales • Redes globales o mundiales Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  12. Ejemplo de red local Red de control para replanteo Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  13. Ejemplo de red nacional Red de primer orden de Costa Rica Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  14. Ejemplo de red continental Realización de SIRGAS 2000 Tomado de: www.sirgas.org Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  15. Ejemplo de red global Tomado de: http://igscb.jpl.nasa.gov/ Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  16. Distintos tipos de redes nacionales Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  17. Metodologías de medición • Triangulación. • Trilateración. • Combinación de las dos anteriores. • GPS (GNSS) • Combinación de las anteriores. Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  18. Red de Triangulación Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  19. Red de Triangulación Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  20. Escala de la red de triangulación Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  21. 1.1 Planteamiento del problema Profesor: José Francisco Valverde C Diseño Geodésico I I Ciclo, 2014

  22. Características de la redes geodésicas • Son elaboradas para un objetivo en específico. • Algunas veces y dependiendo del fin de la red, se diseñan de forma que sean independientes de redes ya existentes*, esto con el fin de evitar arrastrar errores**. • Algunas veces se ligan a la red nacional con la intención de localizar el proyecto en el territorio nacional. • Recordar que si la red se mide con GPS, se requiere estaciones con posición conocida para el procesamiento. • El diseño responde a requerimientos técnicos específicos, relacionados con cantidad, ubicación y calidad de los hitos. • La calidad de la red esta relacionada con el equipo que se dispone y la naturaleza del proyecto. • Los hitos deben de ser lo más estables posible. Profesor: José Francisco Valverde C

  23. Objetivo • Este elemento es la base para iniciar el diseño; condiciona todos los elementos a tomar en cuenta en el diseño, establecimiento, medición y procesamiento de la red. • Investigación sobre el objeto / área de trabajo • Esta investigación permite entender las características y propiedades del objeto. • Ayuda también a definir el tipo de monumentación mas adecuado para el trabajo. • Desviaciones estándar requeridas • Conocido el fin para el cual se debe establecer la red, se define el parámetro de calidad para aceptar el trabajo, el cual condiciona todo lo demás: equipo, medición, procesamiento, etc. Profesor: José Francisco Valverde C

  24. Resultados esperados • Una red geodésica que cumpla con los requerimientos solicitados (calidad, # de vértices, etc); los cuales comúnmente se indican en un cartel o pliego de condiciones. • Configuración de la red geodésica • Se busca información grafica y literal que permita conocer la zona de trabajo, entre otros elementos y se define una configuración preliminar. • Diseño preliminar • Es necesario considerar accesos (estado), vértices existentes, entre otros, tratando de que el diseño que se simula sea lo mas parecido que se pueda al diseño definitivo. Este diseño se depura y/o modifica con base a los resultados de la visita de campo. Profesor: José Francisco Valverde C

  25. Observaciones (mediciones) necesarias • Es necesario considerar el fin de la red. • Muchas observaciones implica un mayor costo → se recurre a simular las redes para definir las observaciones a efectuar. • Redes para estudios de deformación requieren la mayor cantidad posible de observaciones (de preferencia todas). Profesor: José Francisco Valverde C

  26. 1.2 Criterios de diseño Profesor: José Francisco Valverde C

  27. Diseño de una red geodésica • El diseño de una red geodésica es un proceso complejo; se recurre al ajuste geodésico para obtener la “red óptima”. El diseño de la red es un proceso iterativo. • Se distinguen cuatro etapas: 1. La definición del problema 2. El diseño de la red 3. El análisis del diseño 4. La optimización del diseño • Elementos a considerar 1 elemento: objetivo de la red 2 elemento: exactitud (y metodología para alcanzarla) 3 elemento: costo 4° elemento: tiempo Profesor: José Francisco Valverde C

  28. Procedimiento general • Paso 1: Establecer de forma tentativa la ubicación de los puntos  planos, mapas, fotografías aéreas o terrestres. • Es indispensable visitar la zona donde se ubicará la red, para verificar la información gráfica disponible; permite determinar los tiempos de acceso a los posibles puntos y concretar asuntos de logística. • Paso 2: selección del instrumental a usar para llevar a cabo las campañas de medición. • Es necesario considerar el factor tiempo: metodologías mas exactas requieren de mas tiempo de medición. • El personal. Profesor: José Francisco Valverde C

  29. Procedimiento general • Paso 3: resolución de asuntos de logística, donde se consideran los tiempos de medición y los tiempos de acceso a los puntos y otros elementos como la condición de los caminos, etc. • Al finalizar estas etapas se dispone de una configuración preliminar para la red y un posible plan de medición, con lo cual se inicia el proceso deoptimizaciónde la red, apoyado en el ajuste geodésico. • Al finalizar la red se debe se considerar el mantenimiento de esta. Profesor: José Francisco Valverde C

  30. Requerimientos • Información gráfica Modelo estereoscópico para el diseño de la red Profesor: José Francisco Valverde C

  31. Requerimientos: recolección de información Profesor: José Francisco Valverde C

  32. Requerimientos: instrumentos • Equipo a utilizar/disponible (sL) Profesor: José Francisco Valverde C

  33. Requerimientos: información preliminar • Coordenadas aproximadas (configuración de la red) Profesor: José Francisco Valverde C

  34. Requerimientos: simulación • Mediciones a efectuar Profesor: José Francisco Valverde C

  35. Requerimientos: simulación • Mediciones a efectuar Profesor: José Francisco Valverde C

  36. Requerimientos • Software de procesamiento Profesor: José Francisco Valverde C

  37. Requerimientos • Es necesario el enlace a un marco de referencia preestablecido? Profesor: José Francisco Valverde C

  38. Requerimientos • Como hacer el enlace al marco de referencia? Profesor: José Francisco Valverde C

  39. Requerimientos • Donde se obtiene la información para el enlace? Profesor: José Francisco Valverde C

  40. Consideraciones • Tomar la mayor cantidad de observaciones posibles, pero cuidado, la cantidad de las observaciones no deben ser muchas de forma que se exceda el presupuesto. • Conocer el objeto de estudio (estudios de deformación) Profesor: José Francisco Valverde C

  41. 1.3 Criterios de optimización Profesor: José Francisco Valverde C

  42. Optimización de la red • En la etapa de optimización de la red, se modifica el diseño de la misma para obtener la solución mas apropiada al problema. • La optimización de la red se realiza una vez que se han evaluado los diferentes resultados tras la simulación de la red y las visitas a campo. • Grafarend define distintos criterios que se aplican en el proceso de optimización. • Estos criterios son: • Diseño de orden 0: optimización de datum. • Diseño de orden 1: optimización de la configuración. • Diseño de orden 2: optimización de los pesos. • Diseño de orden 3: optimización de una red ya establecida. Profesor: José Francisco Valverde C

  43. Optimización de la red • La práctica se concentra más que todo a la aplicación de los criterios de optimización de orden 0, 2 y 3 por facilidades matemáticas. • Para lo anterior es imprescindible el ajuste simulado y análisis. • En el diseño de orden cero se busca la optimización del datum. Esto es, la elección del tipo de ajuste y la cantidad de puntos de enlace (ajustes libre, amarrado). • Con el diseño de orden 1 se busca la optimización de la configuración (posición de los puntos de la red y el tipo de observaciones). • El diseño de orden 2 se refiere a la optimización de los pesos. • En el diseño de orden 3 se optimiza la cantidad de observaciones en una red ya establecida para mejorar su calidad, contemplando una densificación. Profesor: José Francisco Valverde C

  44. Optimización de la red • Ejemplo gráfico de optimización del datum de una red geodésica, según W. Niemeier (1990) • Se consideran tres variantes de ajuste geodésico en una red geodésica que cubre un área de 800 m X 500 m, midiendo direcciones con una exactitud de ± 1,0 mgon: • Libre de minimización total de traza. • Libre de minimización parcial de traza. • Amarrado. Profesor: José Francisco Valverde C

  45. Optimización de la red Ajuste libre de minimización total de traza Profesor: José Francisco Valverde C

  46. Optimización de la red Ajuste libre de minimización parcial de traza Profesor: José Francisco Valverde C

  47. Optimización de la red Ajuste amarrado Profesor: José Francisco Valverde C

  48. 1.4 Diseño preliminar Profesor: José Francisco Valverde C

  49. Diseño preliminar • Listado de coordenadas aproximadas Profesor: José Francisco Valverde C

  50. Diseño preliminar • Desviaciones estándar de las observaciones Profesor: José Francisco Valverde C

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