sistema y marco de referencia terrestre. sistemas de ... · 2 2.1 introducción tema 2 sistema y...

1

2.1 Introducción2.2 Sistema de referencia terrestre geocéntrico Convencional

2.2.1 Definición del sistema2.2.2 Sistemas de coordenadas

2.2.2.1 Sistema de coordenadas cartesianas y esféricas2.2.2.2 Sistema de coordenadas Geográficas2.2.2.3 Sistema de coordenadas Geodésicas y Geocéntricas.

Sistema de Referencia Geodésico2.2.2.4 Sistema de coordenadas Astronómicas.

Sistema de Referencia Gravífico2.2.3 Movimiento del polo. Coordenadas instantáneas y absolutas2.2.4 Sistemas de Referencia Geodésicos

2.2.4.1 Sistemas de Referencia Geodésicos globales. GRS80 y WGS842.2.4.2 Sistemas de Referencia Geodésicos locales. ED50

2.2.5 Marco de referencia terrestre internacional (ITRF)2.2.5.1 ITRF2000, ITRF2005, ITRF20082.2.5.2 Marco de referencia WGS842.2.5.3 Marco de referencia IGS2.2.5.4 Marco de referencia terrestre Europeo (ETRF)

Tema 2 Sistema y marco de referencia terrestre. Sistemas de coordenadas

2.1 Introducción


Necesario para:

• Determinación de coordenadas sobre la Tierra

• Estudio del movimiento y deformaciones de la corteza terrestre

Herramienta imprescindible para:

• Desarrollo de las diferentes ciencias de la Tierra, en especial de la Geodesia, Geofísica, Geodinámica, Cartografía, Topografía, Navegación sobre la superficie terrestre

• Localización de cualquier observación que se realice

2

2.1 Introducción


• Sistema de referencia: Definición conceptual de cómo situar una tripleta de ejes coordenados en el espacio

• Sistema de referencia convencional: Especificación de todas las constantes, parámetros e hipótesis que definen un Sistema de referencia

• Marco de referencia: Materialización de un sistema de referencia convencional (conjunto de puntos con coordenadas y velocidades conocidas)

• Sistema de coordenadas: Parametrización de las coordenadas de los puntos que forman un marco de referencia

2.2 Sistema de referencia terrestre geocéntrico convencional


•Origen

• Eje Z

• Plano Meridiano

• Plano X-Y

• Eje X

• Eje Y

2.2.1 Definición del Sistema

X

Y

Z

3



•Origen

• Eje Z

• Plano Meridiano

• Plano X-Y

• Eje X

• Eje Y

2.2.1 Definición del Sistema

Sistema de Referencia Convencional



2.2.2.1 Coordenadas cartesianas y esféricas2.2.2 Sistemas de Coordenadas

P (X,Y,Z)

XY

Z

4



2.2.2.1 Coordenadas cartesianas y esféricas2.2.2 Sistemas de Coordenadas

P (X,Y,Z)

XY

Z

φλ

r

cos coscos

xy r senz sen

λ ϕλ ϕϕ

=



2.2.2.2 Coordenadas Geográficas

2.2.2 Sistemas de Coordenadas

5









6




β

2.2.2.3 Coordenadas Geodésicas y geocéntricasSistema de Referencia Geodésico



2.2.2.4 Coordenadas Astronómicas. Sistema de Referencia Gravífico


Φ

7




Eje Instantaneo de Rotación

Meridiano Instantaneode Greenwich

Eje Z

Eje X

Eje YCentro de Masas

Línea Vertical (Plomada)

Tangente a la vertical por el punto P

Vector de gravedad

Superficie equipotencial de P (WP)

P

Λ Φ





Eje Instantaneo de Rotación

Meridiano Instantaneode Greenwich

Eje Z

Eje X

Eje YCentro de Masas

Línea Vertical (Plomada)

Tangente a la vertical por el punto P

Vector de gravedad

Superficie equipotencial de P (WP)

P

Λ Φ


8



Definición de Movimiento del Polo: Movimiento libre

2.2.3 Movimiento del Polo. Coordenadas Instantáneas y Absolutas

6 m

60 cm

O




Redistribuciones interiores de masas

Movimientos Tectónicos

Redistribuciones Atmosféricas

Causas del Movimiento libre

6 m60 cm

O

.

9





Rebote Postglaciar

Movimientos TectónicosRedistribuciones Atmosféricas


6 m60 cm

O

.





Rebote Postglaciar

Movimientos TectónicosRedistribuciones Atmosféricas


6 m60 cm

O

.

Etc.

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Definición de Movimiento del Polo: Movimiento forzado

6 m

60 cm

O




Materialización mediante Observaciones Astronómicas

Polo C.I.O.

Polo B.I.H. Ajuste en 1967

Polo I.P.M.S.

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Materialización mediante Observaciones a Satélites

Medidas DOPPLER a los Satélites TRANSIT





Medidas Láser a Satélites o la Luna

12











13











14





Medidas V.L.B.I.





Medidas V.L.B.I.

15





Medidas G.P.S.

X, Y, Z, T




Materialización mediante Observaciones a SatélitesMedidas DORIS(Determination de Orbita y Radioposicionamiento Integrado por Satélite )

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Situación de las estaciones en tierra

17




Polo B.I.H. de 1984

Creación de la IERS (International Earth Rotation andReference System Service) en 1987




Polo B.I.H. de 1984


18




Polo B.I.H. de 1984





Polo B.I.H. de 1984


19




Polo B.I.H. de 1984





Polo B.I.H. de 1984


IPIPIA yx Λ+Λ−=− sencosφφ

( )IPIPIIA yx Λ+Λ−=Λ−Λ cossentgφ

0.1’’ ≈ 3 metros

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Información de la I.E.R.S

• http://www.iers.org

• http://hpiers.obspm.fr




Información de la I.E.R.S

Maremoto en Indonesia, 26/Dic/2004

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52

días desde 1/12/04

Seg.

de

arco

x bull. ax bull. b

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2.2.4 Sistemas Geodésicos de Referencia

2.2.4.1 Sistemas de referencia Geodésicos globales

• Dátum: Conjunto de parámetros que definen la posición de un elipsoide respecto a la Tierra.

• Parámetros: a, f, ∆X, ∆Y, ∆Z, R1, R2, R3, k

Si ∆X= ∆Y= ∆Z=0, el dátum Geodésico se llama Global o Absoluto

Constantes Físicas

Uo = 62636860.85 m2/sg2

J4=-0.00000237091222...

Constantes Geométricas

b = 6356752.3141 m

1/f=298.257222101...





Geodetic Reference System 1980 (GRS80)

a = 6378137 m

J2=108263.10-8

GM=3986005.108 m3/sg2

ω= 7293115.10-11 rd/sg

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Geodetic Reference System 1980 (GRS80)

Eje Z = Polo C.I.O.

Eje X = Meridiano 0 definido por la B.I.H.

Eje Y = Formando tripleta dextrógira





World Geodetic System 1984 (WGS84)

Sistema utilizado por la técnica G.P.S. y obtenido a partir de la órbita de estos satélties

a = 6378137 m

J2=108262,9983.10-8

GM=3986004.418.108 m3/sg2

ω= 7293115.10-11 rd/sg

1/f = 298.257223563

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World Geodetic System 1984 (WGS84)

Eje Z = Polo I.E.R.S.

Eje X = Meridiano 0 definido por la I.E.R.S.

Eje Y = Formando tripleta dextrógira




2.2.4.2 Sistemas de referencia Geodésicos localesSi ∆X ≠ ∆Y ≠ ∆Z ≠ 0, el dátum Geodésico se llama local

Geoide

Elipsoide

X

Y

Z

X

Y

Zo

XoYo

ab

o

PN

(ξ , η)

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Definición del DATUM

• a (6378388 m) y f (1/297)

• Punto fundamental (orientación del elipsoide) situado en Postdam




2.2.4.2 Sistemas de referencia Geodésicos locales

European Datum 1950 (ED50)



2.2.5 Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF)

SISTEMA QUE MATERIALIZA:

Geocéntrico y con orientación de sus ejes tal como estableció la B.I.H en 1984:

• EJE Z: IERS Reference Pole (IRP/CTP)

• EJE X: IERS Reference Meridian (IRM/GMO)

• EJE Y: Formando tripleta dextrógira

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SISTEMA QUE MATERIALIZA:

Geocéntrico y con orientación de sus ejes tal como estableció la B.I.H en 1984:

IERS Reference Pole (IRP/CTP)

IERS Reference Meridian (IRM/GMO)




( ) ( )0i i i i i i i i i

ks ITRF s ITRF k k ITRF k ITRF s k k ITRF k ITRF

i i i is ITRF k k ITRF k ITRF

X X t t X T D X R X t t T D X R X

X X T D X R X

• • • •

• • • • •

= + − + + + + − + +

= + + +

Collocation sites

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Correcciones a las observaciones

• Mareas Terrestres

• Carga atmosférica y Oceánica

• Tectónica de Placas




Correcciones a las observaciones

• Mareas Terrestres

• Carga atmosférica y Oceánica

• Tectónica de Placas

•Movimientos Locales y Regionales

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http://lareg.ensg.ign.fr/ITRF/ITRF2000/datum.html

DEFINICIÓN DE LOS PARAMETROS PRINCIPALES

O DATUM

• Origen: ∆X, ∆Y, ∆Z

• Orientación: R1, R2, R3

• Escala

• Variación con el Tiempo

2.2.5.1 ITRF2000




DATUM ITRF20002.2.5.1 ITRF2000

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29








Basado únicamente en series continuas de observaciones SLR, VLBI, DORIS y GPS.

2.2.5.1 ITRF2005

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•Origen: Parámetros de traslación nulos (en la época 2000.0) y variación nula de estos parámetros entre ITRF2005 y las series SLR.

•Escala: Factor de escala nulo (para la época 2000.0) y variación nula entre ITRF2005 y las series VLBI.

•Orientación: Parámetros de rotación nulos para los ejes (en la época 2000.0) y variaciones nulas entre ITRF2005 y ITRF2000 (enlas estaciones ITRF seleccionadas).

2.2.5.1 ITRF2005




Parámetros de transformación entre los marcos ITRF2005 e ITRF2000, los parámetros de rotación y sus variaciones son cero

2.2.5.1 ITRF2005

TX (mm)

TY (mm)

TZ (mm)

D (ppb) XT

•

(mm) YT•

(mm/año) ZT•

(mm/año) D•

(ppb/año) 0.1 -0.8 -5.8 0.40 -0.2 0.1 -1.8 0.08

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reprocesamiento de todas las observaciones de las cuatro técnicas espaciales utilizadas (VLBI entre 1980 y 2009, GPS/GNSS entre

1997 y 2009, SLR entre 1983 y 2009, DORIS entre 1993 y 2009), de manera que utilicen estándares actuales para la reducción,

modelización y corrección de todas observaciones

2.2.5.1 ITRF2008




2.2.5.1 ITRF2008

•Origen: Parámetros de traslación nulos (en la época 2005.0) y variación nula de estos parámetros entre ITRF2008 y las series SLR.

•Escala: Factor de escala nulo (para la época 2005.0) y variación nula entre ITRF2008 y las series VLBI.

•Orientación: Parámetros de rotación nulos para los ejes (en la época 2008.0) y variaciones nulas entre ITRF2008 y ITRF2005 (en las estaciones ITRF seleccionadas).

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2.2.5.1 ITRF2008

Parámetros de transformación entre los marcos ITRF2008 e ITRF2005, los parámetros de rotación y sus variaciones son cero

TX (mm)

TY (mm)

TZ (mm)

D (ppb) XT

•

(mm) YT•

(mm/año) ZT•

(mm/año) D•

(ppb/año) -0.5 -0.9 -4.7 0.94 0.3 0.0 0.0 0.0




2.2.5.1 Marco de Referencia WGS84

En Enero de 1994 se valida la versión refinada de las coordenadas de las 5 estaciones de control GPS que forman

el marco WGS84. WGS84 (G730)

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En Septiembre de 1996 se valida la nueva versión refinada de las coordenadas de las 5 estaciones de control GPS que

forman el marco WGS84. WGS84 (G873)

Este último marco y el ITRF94 presentan diferencias menores a los 2 centímetros por lo que pueden

considerarse virtualmente idénticos





Actualmente existe una nueva versión refinada de las coordenadas de las 16 estaciones de control GPS que

forman el marco WGS84. WGS84 (G1150)

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2.2.5.2 Marco de Referencia IGS

Conjunto de Estaciones GPS o GLONASS permanentes





•IGS00: alineación al ITRF2000 utilizando 54 estaciones → IGSb00, 99 estaciones.

•IGS05: alineación al ITRF2005 utilizando 132 estaciones.

MARCO ESPECÍFICO PARA USUARIOS GPS

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Sesgo y variación del sesgo

IGS05: De las correcciones relativas del centro de fase de las antenas a las correcciones absolutas





Este marco será más consistente, que no más preciso, que el ITRF. Las diferencias en una estación pueden ser de varios milímetros.

VILLAFRANCA

IGS05 (4849833.7559/-335049.1290/4116014.8824)

ITRF05 (4849833.754/-335049.129/4116014.881)

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Distribución en dos productos:

•Estimaciones semanales del marco referidas a la posición central del cada semana.

LATITUD (ONSALA, SUECIA)

57.3952978

57.395298

57.3952982

57.3952984

57.3952986

57.3952988

57.395299

57.3952992

57.3952994

57.3952996

57.3952998

999 1099 1199 1299 1399 1499 1599

Semana GPS





Distribución en dos productos:

•Estimaciones semanales del marco referidas a la posición central del cada semana.

•Actualizaciones semanales del marco IGS05, actualmente referidas a la época 2005.

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2.2.5.2 Marco de Referencia Terrestre Europeo (ETRF)

•Establecer un marco de referencia geocéntrico cara cualquier proyecto de ingeniería y geodinámico en Europa.

•Constituir una referencia de precisión para geodesia y navegación en Europa.

•Eliminar los datums locales en Europa de manera que constituyese un marco de referencia moderno que los diferentes servicios cartográficos nacionales adoptasen.

OBJETIVOS





•Las coordenadas ITRF89 de las 36 estaciones europeas forman el marco, el cual rota con la parte estable de la placa euroasiática

(coordenadas invariantes con el tiempo por esta causa)

•El sistema de Referencia Terrestre Europeo coincide con el Sistema de Referencia Internacional de 1989

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Velocidad de la placa de 2.5 cm por año




2.2.5.2 Sistema de Referencia Terrestre Europeo (ETRF)

Observatorio astronómico de Robledo (Madrid)

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Observatorio astronómico de Robledo (Madrid)

COORDENADA Y/VYITRF0097 -360488.791±0.001 ETRF8900 -360488.895±0.001

0.0196±0.0002 -0.0006±0.0002ITRF9797 -360488.783±0.002 ETRF8997 -360488.899±0.003

0.0197±0.0003 -0.0004±0.0004ITRF9697 -360488.779±0.003 ETRF8996 -360488.898±0.003

0.0201±0.0004 -0.0008±0.0004ITRF9493 -360488.862±0.007 ETRF8994 -360488.898±0.009

0.0193±0.0015 -0.0000±0.0015ITRF9393 -360488.859±0.003 ETRF8993 -360488.895±0.003

0.0193±0.0004 -0.0001±0.0004ITRF9288 -360488.958±0.005 ETRF8992 -360488.898±0.005

0.0203±0.001 -0.0001±0.0010





•Marco ETRF2000: marco de referencia convencional definitivo

•Marco ETRF2000(R05): ITRF2005 pasadas al marco ETRF2000

COORDENADA Y/VYITRF0500 -360488.732±0.001 ETRF2000(R05) -360488.905±0.001

0.0188±0.0001 -0.0006±0.0002

ITRF0097 -360488.791±0.001 ETRF8900 -360488.895±0.0010.0196±0.0002 -0.0006±0.0002

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EUREF (IAG Sub-Comission for the European ReferenceFrame) actualiza cada 15 semanas el ITRF2005 referido a la época 2005 de las estaciones europeas y, por tanto, actualiza ETRF2000(R05), separando las estaciones en dos categorías:

•Clase A: Coordenadas con 1 cm de precisión en todas las épocas de las observaciones usadas (Estaciones permanentes).

•Clase B: Coordenadas con 1 cm de precisión en la época de mayor precisión.

•Clase C: Coordenadas con 5 cm de precisión en la época de mayor precisión.





http://www.euref-iag.net

http://www.opncb.oma.be

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