Resumen de Aplicación de los servicios proporcionados por una red geodésica activa en ingeniería civil y minería
1. Introducción o motivación de la tesis En los últimos años los Sistemas de Navegación Global por Satélite (GNSS) han experimentado grandes avances relacionados con: el aumento del número de satélites, la mejora y desarrollo de los equipos y la investigación de algoritmos de procesado de la señal, lo que ha tenido como consecuencia directa, el uso masivo de estas tecnologías en numerosos ámbitos científicos y técnicos, siendo las ciencias de la tierra las más favorecidas, fundamentalmente la Topografía y la Geodesia.
La topografía tiene un papel importante en todas las fases en que se dividen los proyectos de ingeniería, siendo la responsable de controlar que la ejecución del proyecto coincida con las características geométricas del diseño proyectado, por lo que, se hace necesario la utilización de métodos e instrumentación que permitan un trabajo dinámico y con precisión suficiente para conseguir la calidad requerida.
Si bien la topografía no ha experimentado grandes cambios en sus conceptos generales, el desarrollo de la instrumentación, junto con él de la informática y la electrónica en la década de los setenta del siglo pasado, permitió la incorporación de distanciómetros, que empleados junto con equipos ópticos derivaron en el uso de semiestaciones totales y estaciones totales, todo ello, encaminado hacia la toma automática de datos. De este modo, el uso de la distanciometría supuso un cambio sustancial en la aplicación de métodos topográficos. Es en la década de los ochenta, cuando la puesta en servicio de los Sistemas de Navegación por Satélite (GNSS) supone una auténtica revolución en el campo de la topografía y la geodesia, ofreciendo distintas técnicas de posicionamiento, desde el desarrollo de métodos de Corrección Diferencial (Hofmann-Wellenhof, B, 2008), hasta técnicas de toma de datos en Tiempo Real (RTK, Real Time Kinematik) (Remondi B,1985). Dependiendo de la calidad espacial requerida por el usuario, los sistemas GNSS pueden ser aplicados en trabajos de observación de redes topográficas, en levantamientos y en replanteos topográficos.
Sin embargo, la aplicación de estos sistemas no está exento de limitaciones, en relación al rendimiento y trabajo efectivo. La aparición de las Redes Geodésicas Activas, a partir de los años 90 (Fotopoulos et al., 2000; Rizos C, et al.,2002; Alves et al., 2006; Aponte et al., 2009), permiten superar estas limitaciones, aumentando el rendimiento en la realización de trabajos topográficos aplicados en los ámbitos de Ingeniería Civil y Minería. Es en este contexto en el que se plantea esta Tesis Doctoral.
Esta Tesis ha tenido como objetivo analizar las prestaciones de una Red Geodésica Activa en base a normativa ISO, con la finalidad de establecer sus condiciones de uso, para trabajos topográficos en los ámbitos de las Ingenierías Civil y Minera.
2. Contenido de la Investigación En esta tesis se realiza una revisión del sistema GPS, describiendo los cambios relacionados con la modernización de los satélites, señales y conceptos que han de tenerse en cuenta para el uso correcto de la Tecnología GNSS. Se presenta la Constelación NAVSTAR, por ser la que ha funcionado de manera continua y durante un mayor periodo de tiempo. Se exponen también las principales características de otros sistemas de navegación, como la constelación GLONNAS actualmente operativa y de sistemas aún en proceso de desarrollo, como la iniciativa europea GALILEO, constelación de satélites BEIDOU, Sistema de Navegación de la India (NAVIC) y QZSS Sistema de Navegación Regional, propiedad del Gobierno Japonés.
Se hace una descripción del estado del arte sobre las Redes Geodésicas Activas, haciendo referencia a distintas investigaciones, el diseño de la red, los elementos que conforman las estaciones y su funcionamiento, los distintos métodos de generar correcciones, así como, las características generales de las redes activas, IGS, EUREF, ERGNSS y RAP de carácter internacional, continental, nacional y regional respectivamente.
Se establecen dos objetivos generales: Evaluar y caracterizar una Red Geodésica Activa, en cuanto a su, calidad posicional, funcionamiento y rendimiento del sistema.
Analizar el rendimiento obtenido al realizar trabajos topográficos aplicados en distintos proyectos de Ingeniería Civil y Minería, utilizando los servicios de una Red Geodésica Activa.
Para conseguir los objetivos generales, se plantean los objetivos específicos siguientes: Determinar la precisión en el posicionamiento en Real Time Kinematic (RTK).
Calcular la exactitud de las medidas obtenidas.
Obtener el tiempo de resolución de ambigüedades.
Determinar la homogeneidad de las soluciones ofrecidas.
Determinar los parámetros de repetibilidad y reproducibilidad. Realizar trabajos vinculados a la Ingeniería Civil y Minería, utilizando metodología en tiempo real RTK, apoyándonos en una Red Geodésica Activa.
Obtener el tiempo de toma de datos.
Determinar la calidad o precisión de los datos obtenidos.
Determinar caídas de datos del sistema y tiempo de recuperación.
Para la realización de esta Tesis se ha utilizado la Red Andaluza de Posicionamiento (RAP), una Red Geodésica Activa Regional, constituida por veintidós estaciones GPS permanentes. La RAP, ofrece servicios para posicionamiento preciso en todo el territorio andaluz mediante descarga de datos Rinex, en trabajos en post-proceso, a la vez que, correcciones diferenciales para posicionamiento en tiempo real.
El equipo móvil utilizado para la toma de datos, es un receptor geodésico GX1230 Leica (Hexagon AB, Stockholm, Suecia), de doble frecuencia, con posibilidad de conexión a internet a través de enlace GSM: Siemens MC75, teléfono móvil integrado en una carcasa Leica GFU y antena GPS ATX 120.
Se aplican métodos GPS estáticos y cinemáticos en tiempo real RTK y de los servicios que ofrece la RAP, se utilizan especialmente aquellos que emplean las técnicas de posicionamiento con correcciones diferenciales en tiempo real (RTK). Las pruebas, se realizan en seis de puntos de control situados dentro o en los bordes de la red. Estos puntos se encuentran al norte de la provincia de Córdoba. Se obtienen diferentes soluciones, aplicando distintos métodos de correcciones: solución simple desde la estación más cercana, Master Auxiliary Concept (MAC) (Euler et al., 2001), soluciones de red con correcciones (MAX) (Brown y Keenan, 2005; Brown et al., 2006) y correcciones (IMAX) Individualized Master-Auxiliary (Brown et al., 2005) y solución simple desde la estación seleccionada. 3. Conclusión La aplicación de los servicios ofrecidos por una Red Geodésica Activa en el ámbito de la Ingeniería Civil es alta y puede utilizarse en la mayoría de las unidades analizadas. El rendimiento también es alto, evitándose perdidas de eficiencia, al no tener que estacionar, configurar y realizar cálculos, tanto en la toma de datos como en el replanteo, estos trabajos, se realizan de forma continua lo que supone una reducción del coste económico. Los resultados obtenidos en planimetría son mejores que los obtenidos en altimetría.
Los servicios ofrecidos por una Red Geodésica Activa en trabajos propios de la Ingeniería de Minas, puede aplicarse en todas las fases en las que se divide la técnica minera: exploración, prospección, investigación, explotación y restauración.
En la fase de Exploración, se consigue un alto rendimiento al realizar replanteos directos, así como, disminución de los costes y las tolerancias exigidas son alcanzables.
En las fases de Prospección e Investigación, se produce un aumento de los trabajos de replanteo y toma de datos, por lo que, es muy favorable la utilización de esta red. En estas fases, se utilizan técnicas de prospección geofísica que necesitan de mayor precisión; este trabajo, pone de manifiesto, que los resultados de precisión y exactitud obtenidos son suficientes para ser aplicados en estas técnicas de investigación minera. En la fase de explotación, consideramos que sólo sería aplicable en los trabajos de explotación a cielo abierto y hasta la cota en la que la señal de los satélites pueda recibirse. En explotaciones subterráneas, evidentemente no puede utilizarse, sin embargo, sería efectivo para toma de datos, replanteos y colocación de puntos de apoyo, que sirven de base para relacionar los trabajos subterráneos.
4. Bibliografía Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., & Wasle, E. (Eds.). (2008). GPS BT - GNSS — Global Navigation Satellite Systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more (pp. 309–340). Vienna: Springer Vienna. https://doi.org/10.1007/978-3-211-73017-1_9 Remondi, B. W. (1985). Performing centimeter‐level surveys in seconds with GPS carrier phase: initial results. Navigation, 32(4), 386–400.
Fotopoulos, G., & Cannon, M. E. (2000). Spatial and temporal characteristics of DGPS carrier phase errors over a regional network. In Proceedings of the World Congress of the International Association of Institutes of Navigation, San Diego, June (pp. 26–28). Citeseer.
Rizos, C. (2002). Network RTK Research and Implementation: A Geodetic Perspective. Journal of Global Positioning Systems. https://doi.org/10.5081/jgps.1.2.144 Alves. P, Kotthoff. H, Geisler, I., Zelzer O, and Euler. H (2006). Rover Processing with Network RTK and Quality Indicators. Leica Geosystems AG Heerbrugg, Switzerland.
Aponte, J., Meng, X., Hill, C., Moore, T., Dodson, A., & Burbidge, M. (2009). Quality assessment of a network-based RTK GPS service in the UK Jose. Journal of Applied Geodesy. https://doi.org/10.1515/JAG.2009.003 Euler, H. J., Keenan, C. R., Zebhauser, B. E., & Wübbena, G. (2001). Study of a simplified approach in utilizing information from permanent reference station arrays. In ION GPS (Vol. 2001, pp. 11–14). Citeseer.
Brown, N., Keenan, R., Richter, B., & Troyer, L. (2005). Advances in ambiguity resolution for RTK applications using the new RTCM V3. 0 Master-Auxiliary messages. In Proc of ION GNSS Brown, N., Geisler, I., & Troyer, L. (2006). RTK rover performance using the Master-Auxiliary Concept. Positioning, 1(10)
