Introducción

Introducción

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Definición de Geodesia

La Geodesia es una de las ciencias más antiguas cultivada por el hombre. Su objetivo es el estudio y determinación de la forma y dimensiones de la Tierra, de su campo de gravedad, y sus variaciones temporales.

El desarrollo de esta ciencia dentro del IGN ha permitido el establecimiento y la actualización de los distintos Marcos de Referencias Geodésicos Nacionales (Geocéntrico, Altimétrico y Gravimétrico), una de las misiones principales de este Organismo.

Estos marcos de referencia son el punto de partida para llevar a cabo diversas actividades que resultan esenciales para el desarrollo de un país, tales como la confección de cartografía y sistemas de información geográfica, el desarrollo de los catastros, la planificación urbana, la navegación terrestre y marítima, el apoyo a obras civiles de gran envergadura (por ejemplo rutas, ferrocarriles, represas, etc.), la prospección de hidrocarburos y la investigación aplicada dentro de las Ciencias de la Tierra.

Sistemas y Marcos Geodésicos de Referencia

La definición de un Sistema de Referencia se basa en la adopción de convenciones, constantes y modelos que lo caracterizan. Todas éstas responden a diferentes técnicas de observación (hacia satélites y otros elementos en el espacio).
Las convenciones adoptadas para definir un Sistema de Referencia Geocéntrico (en el cual su terna de coordenadas tiene su origen en el centro de masas de la Tierra) son las siguientes:
grafico descriptivo ejes x,y, z
  • Posición del origen del geocentro (centro de masa de la Tierra) teniendo en cuenta la carga oceánica y atmosférica.
  • Ubicación del eje Z, que será paralelo al eje de rotación de la tierra para una época determinada.
  • Ubicación del eje X, que surge de la intersección del plano meridiano de Greenwich con el plano ecuatorial para una época determinada.
  • Ubicación del eje Y, situado en el plano ecuatorial y perpendicular al plano XZ.
La materialización de un Sistema de Referencia se denomina Marco de Referencia. Este Sistema se materializa a partir de la construcción, la medición y el posterior cálculo de las coordenadas de una serie de puntos o pilares localizados sobre la superficie terrestre. Dichos puntos conforman una Red Geodésica.
Para facilitar la interpretación de las posiciones de los puntos que componen las redes geodésicas, en lugar de utilizar coordenadas las cartesianas geocéntricas (X, Y y Z), resulta más sencillo utilizar las coordenadas geodésicas (latitud, longitud y altura elipsoidal). Éstas últimas surgen de asociar un elipsoide de revolución al Sistema de Referencia (por ejemplo el elipsoide WGS84 o GRS80) y aplicar una serie de ecuaciones para realizar la transformación.

El Instituto Geográfico Nacional a través de la Ley Nacional de la Carta y la Disposición Administrativa 520/96, es el responsable Nacional del establecimiento, mantenimiento, actualización y perfeccionamiento del Marco de Referencia Geodésico Nacional.

Sobre este marco de referencia desarrollan sus tareas las Provincias, Municipios, Catastros, organismos públicos, empresas privadas y usuarios particulares.

Ea.Nibepo Aike, Santa Cruz
Ea.Nibepo Aike, Santa Cruz

Red de Vértices Geodésicos POSGAR 07

Casa de Piedra, Pcia. de CatamarcaCasa de Piedra, Pcia. de Catamarca

Durante el año 2005 comenzaron las mediciones para la actualización del Marco de Referencia Geodésico Nacional POSGAR 07 (Posiciones Geodésicas Argentinas 2007). Dicho marco se vinculó al Marco de Referencia Terrestre Internacional denominado ITRF05 (International Terrestrial Reference Frame 2005) y SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas, solución DGF08P01).

La solución final publicada en el año 2009 consta de 178 coordenadas pertenecientes a pilares materializados sobre el terreno, y además, todas las coordenadas de las estaciones GPS permanentes que pertenecen a la red RAMSAC (Red Argentina de Monitoreo Satelital Continuo).

Por otra parte, con este Marco de Referencia se planteó el desafío de integrar a todas las redes Geodésicas Provinciales existentes y la del Proyecto PASMA (Proyecto de Apoyo al Sector Minero Argentino). Para ello se midieron aproximadamente 500 puntos, a partir de los cuales, se lograron calcular los parámetros de transformación para integrar todas las Redes Geodésicas de Argentina en un único Marco de Referencia Geodésico Nacional, dando origen a una red de aproximadamente 4500 puntos.
  • Mapa de la red posgar
  • Mapa de las redes<br />
provinciales
  • Mapa de la red pasma

Red de Vértices Geodésicos POSGAR 94

Mapa de la red posgar94

El Marco de Referencia Geodésico Nacional antecesor a POSGAR 07, fue denominado POSGAR 94 (Posiciones Geodésicas Argentinas del año 1994).

Producto de la llegada del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y sus ventajas indudables, el IGN comprendió la necesidad de disponer de un marco de referencia geocéntrico compatible con las precisiones que la nueva tecnología brindaba, y que además fuese lo más cercano posible al sistema de referencia global WGS84 (World Geodetic Systems 1984).

Durante los años 1993 y 1994 personal del IGN realizó las mediciones de los pilares que integrarían el marco POSGAR 94, encomendando el procesamiento de los mismos a la Universidad Nacional de La Plata (UNLP). Fue así que se determinaron las coordenadas de 127 puntos a lo largo de todo el territorio Nacional.

Antigua Red de Vértices Geodésicos Campo Inchauspe 69

Mapa de la red Campo Inchauspe 69
Los antiguos Sistemas de Referencia se determinaron a partir de los siguientes elementos:
  • Geoide: Es la superficie equipotencial del campo gravimétrico terrestre, que mejor se ajusta, en el sentido de mínimos cuadrados, al nivel medio del mar.
  • Elipsoide de referencia: Figura de determinada dimensión, forma, centro y orientación, utilizada como superficie de referencia para los cálculos geodésicos. Es la superficie matemática que mejor se adapta al Geoide. Un elipsoide queda definido cuando se conocen de él dos de sus parámetros, habitualmente se utilizan el semieje mayor y el aplanamiento.
  • Punto Datum: Constituye el origen de las mediciones en los Sistemas Locales. Posee coordenadas astronómicas iguales a las elipsóidicas. Las normales al elipsoide y al geoide son coincidentes.

El desarrollo del primer Sistema y Marco de Referencia Geodésico Nacional denominado Campo Inchauspe, demandó más de 100 años de labor del Instituto, empleando técnicas clásicas de medición (triangulación y poligonación) recorriendo palmo a palmo cada porción de nuestro territorio y dando origen a una red geodésica de aproximadamente 18.000 puntos.

La red fue dividida en órdenes de precisión, en función del error en la determinación de las coordenadas de cada punto (I, II, III y IV orden). La Red Fundamental está constituida por puntos de I y II orden, mientras que los puntos de III y IV fueron utilizados para la densificación y mediciones topográficas.

Esta red se realizó utilizando diferentes instrumentos de alta precisión presentes en ese tiempo. Actualmente, la Red Fundamental de Triangulación quedó superada por la tecnología satelital y muchos de los puntos ya no son utilizados.

Red de Estaciones Permanentes GPS / GNSS – Red Argentina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC)

El sistema GPS, ofrece una nueva visión y concepción acerca del posicionamiento sobre la superficie de la Tierra. Las notables mejoras técnicas y la reducción en los costos de la tecnología GPS, proliferaron su uso, tanto en el ámbito civil como el militar.

En la actualidad, los marcos de referencia están siendo definidos con mucha precisión a través de las estaciones permanentes instaladas sobre el planeta, las que reciben en forma continua datos provenientes de las constelaciones de satélites NAVSTAR y GLONASS. El sistema es denominado por sus siglas en inglés GNSS (Global
Navigation Satelite System), y las estaciones son las que materializan los marcos de referencia a nivel mundial.

AP. de Ushuaia,<br />
Pcia. de Tierra del FuegoAP. de Ushuaia, Pcia. de Tierra del Fuego
Conforme con la tendencia internacional, en el año 1998, Argentina generó un Proyecto que consiste en la instalación de estaciones GNSS permanentes que permitan contribuir a materializar el Marco de Referencia Geodésico Nacional. El Proyecto se denomina Red Argentina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC), y entre sus objetivos fundamentales se pueden enumerar los siguientes:
  • Contribuir al perfeccionamiento y mantenimiento del Marco de Referencia Geodésico Nacional (responsabilidad del Instituto Geográfico Nacional).
  • Contribuir con estaciones GNSS permanentes al mantenimiento del Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF en sus siglas en inglés).
  • Satisfacer requerimientos de orden técnico por parte de los usuarios de las modernas técnicas de posicionamiento satelital.
  • Asesorar y colaborar en la instalación de nuevas estaciones GPS permanentes a todas las Instituciones que deseen incorporarse a la Red RAMSAC, para que los datos sean publicados en Internet y puedan ser accesibles en forma libre y gratuita.

Correcciones diferenciales en tiempo real – RAMSAC-NTRIP

En los últimos años, a nivel mundial se han realizado grandes inversiones económicas y humanas para mejorar los Sistemas de Aumentación Terrestres y Satelitales (GBAS y SBAS) de los sistemas GPS y GNSS. Estos permiten un posicionamiento preciso en tiempo real a partir de correcciones que se emiten a los receptores GPS / GNSS, generadas mediante el uso de bases terrestres y satélites geoestacionarios.

La cantidad de aplicaciones que requieren precisiones submétricas y centimétricas en tiempo real es cada vez mayor. Conociendo la importancia de contar con un Sistema de Aumentación Nacional, en el año 2010 el Instituto Geográfico Nacional puso a disposición de los usuarios un nuevo servicio libre y gratuito de envío de correcciones en tiempo real, basado en datos provistos por Estaciones GPS / GNSS Permanentes de la red RAMSAC, denominado RAMSAC-NTRIP.

Centro de procesamiento científico de datos GPS

En la actualidad, la tendencia mundial es materializar los Marcos de Referencia Geodésicos mediante estaciones GPS permanentes. En este sentido, dentro del IGN, se ha generado un centro de procesamiento científico de datos GPS, de modo de poder calcular, mantener y actualizar el Marco de Referencia Geodésico Nacional, a partir del procesamiento de los datos provenientes de la red RAMSAC.

El centro de procesamiento del IGN utiliza el software científico GAMIT / GLOB K, que ha sido desarrollado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), que permite a través de un complejo y riguroso procesamiento de datos GPS, calcular las coordenadas diarias de todas las estaciones GPS permanentes de la red RAMSAC con una precisión de algunos pocos milímetros. Esto posibilita la realización de controles geodinámicos de la corteza terrestre en nuestro territorio, así como también el monitoreo continuo del Marco de Referencia a lo largo del tiempo.

La precisión del procesamiento, radica en considerar ciertos factores que inciden directamente en la calidad de los resultados, como por ejemplo:

Desplazamiento co-sismico

  • Marea terrestre y oceánica
  • Carga atmosférica
  • Movimiento de nutación y precesión de la Tierra
  • Efemérides del Sol y la Luna
  • Presión de radiación solar
  • Influencia de la tropósfera y la ionósfera
  • Coordenadas precisas de los satélites GPS calculadas por el Servicio GNSS Internacional (IGS)
  • Calibración de antenas calculadas por IGS

Entre los años 2005 y 2009, el centro de procesamiento realizó el cálculo del Marco de Referencia Geodésico Nacional POSGAR 07.

El alto rendimiento que sostuvo el centro durante ese período, condujo a que en el transcurso del año 2010, el mismo sea incorporado como Centro de Procesamiento Oficial de Datos GPS dentro de SIRGAS (Sistema de Referencia para las Américas).

Actualmente el centro procesa datos de estaciones GPS permanentes de todo el continente americano y la Antártida, contribuyendo al mantenimiento de los Marcos de Referencia Geodésicos, tanto a nivel Nacional como Internacional.

Lago Argentino, Pcia. de Santa CruzLago Argentino, Pcia. de Santa Cruz

Por otra parte el centro de procesamiento científico de datos GPS del IGN tiene una activa participación en el proyecto geodinámico denominado CAP (siglas en inglés para Proyecto de Andes Centrales). Este proyecto está liderado por tres universidades estadounidenses (Memphis, Ohio y Hawaii) y su objetivo es el estudio de la geodinámica en la zona central de los Andes, mediante mediciones y procesamiento de datos GPS realizados sobre diversos puntos de la
cordillera.

Red Altimétrica Nacional

La Red Altimétrica Nacional está compuesta por aproximadamente 2.000 líneas de nivelación, conformadas por casi 35.000 pilares construidos sobre el territorio nacional, que han sido localizados a la vera de rutas y caminos. Estos pilares poseen un valor de cota que representa la altura sobre el nivel medio del mar.

El IGN determinó el nivel de referencia cero a través de observaciones mareográficas en la ciudad de Mar del Plata. Es decir que las alturas de los pilares de la Red Altimétrica Nacional están referidas al nivel medio del mar determinado en Mar del Plata.

Las líneas que constituyen la Red Altimétrica Nacional fueron clasificadas de acuerdo a la precisión con que fueron medidas:

Cuesta de Lipán, Pcia. de JujuyCuesta de Lipán, Pcia. de Jujuy
Mapa de la red de nivelación
  • Alta Precisión: Estas líneas dividen al territorio nacional en polígonos cerrados o mallas, y en polígonos abiertos o periféricos (sobre el litoral marítimo o límites internacionales). Tienen su punto de arranque y cierre sobre Nodales (puntos fijos altimétricos de primer orden que generalmente se encuentran ubicados en plazas).
  • Precisión: Estas líneas se desarrollan en el interior de las mallas generadas por las líneas de Alta Precisión y dividen a cada polígono en seis u ocho partes. Tienen su punto de arranque y cierre sobre puntos de las líneas de Alta Precisión.
  • Topográficas: Estas líneas densifican la malla. Tienen su punto de arranque y cierre sobre puntos de las líneas de Alta Precisión o Precisión.

Red Gravimétrica

La Gravimetría es una disciplina de la geodesia que tiene por objeto la determinación y el estudio del campo gravitatorio terrestre.

La aceleración de la gravedad es la resultante de la atracción gravitatoria entre la Tierra y otros cuerpos celestes, y la aceleración centrífuga provocada por el movimiento de rotación terrestre.

Algunas de las aplicaciones de la Gravimetría son las siguientes:
  • Determinar distintos tipos de alturas físicas, tales como ortométricas, dinámicas y normales.
  • Definir el Geoide.
  • Conocer la distribución y composición de las masas en superficie (variaciones de densidad lateral y en profundidad) y en el interior de la Tierra (resto de corteza y manto) a partir del estudio de anomalías de la gravedad con respecto a un patrón normal en el terreno.
Salinas del Bebedero, Pcia. de San LuisSalinas del Bebedero, Pcia. de San Luis

Existen en Argentina distintas Redes Gravimétricas que cubren el Territorio Nacional: Red Gravimétrica Absoluta, Red Gravimétrica de Primer Orden, Red Gravimétrica de Segundo Orden y Red Gravimétrica de Tercer Orden.

Modelo Digital de Elevaciones para la Argentina

Los Modelos Digitales de Elevación (MDE) proveen información muy valiosa y precisa sobre las alturas, pendientes y dimensiones del terreno, que se utiliza para la obtención de mapas y modelos tridimensionales de la superficie terrestre.

Los MDE son utilizados en variadas aplicaciones y disciplinas tales como geodesia, fotogrametría, ingeniería civil, ciencias de la tierra y cartografía, lo cual lo convierte en un producto de alta demanda por un amplio espectro de usuarios y organismos.

En virtud de esta demanda, el IGN desarrolló una línea de producción para generar de un MDE para la República Argentina. Este modelo se nutre de información proveniente de la misión SRTM, de relevamientos de campo y de restituciones fotogramétricas.

Servicio Internacional de la Hora

Durante los últimos 20 años, el Servicio Internacional de la Hora (SIH) contribuye, con envíos semanales de observaciones realizadas sobre relojes de cesio 133, con el Bureau Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) para realizar el cálculo de la escala de Tiempo Atómico Internacional (TAI) y la escala de Tempo Universal Coordinado (UTC). Estas escalas son utilizadas mundialmente para la obtención de tiempo, y derivan del segundo, unidad del sistema internacional (SI) de medidas. Esta definición, en apariencia trivial, es fundamental para el funcionamiento ordenado de la humanidad y vital para la ciencia, puesto que el tiempo permite medir la duración o separación entre acontecimientos observados, estableciendo el concepto de pasado, presente y futuro que da lugar al principio de causalidad, uno de los axiomas del método científico.

Equipos Servicio Internacional de la Hora