| Geodesia |
|---|
 |
Este artículo necesita citas adicionales para su verificación . ( mayo de 2016 ) ( Aprenda cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla ) |
En este artículo falta información sobre la descripción adecuada de las actualizaciones que se encuentran en NGA.STN.0036. ( Febrero de 2021 ) |
El Sistema Geodésico Mundial ( WGS ) es un estándar para su uso en cartografía , geodesia y navegación por satélite, incluido el GPS . Este estándar incluye la definición de las constantes fundamentales y derivadas del sistema de coordenadas , el Modelo Gravitacional Terrestre (EGM) elipsoidal (normal ), una descripción del Modelo Magnético Mundial (WMM) asociado y una lista actual de transformaciones de datum locales. [1]
La última revisión es WGS 84 (también conocida como WGS 1984 , EPSG : 4326 ), establecida y mantenida por la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial de los Estados Unidos desde 1984, y revisada por última vez en 2014. [2] Los esquemas anteriores incluían WGS 72 , WGS 66 y WGS 60 . WGS 84 es el sistema de coordenadas de referencia utilizado por el Sistema de posicionamiento global .
Como estándar CRS , y expresado por URN , urn:ogc:def:crs:EPSG::4326está compuesto por: [3]
- un modelo de elipsoide de referencia estándar , [4] nombrado
urn:ogc:def:ellipsoid:EPSG::7030; - y este elipsoide se ubica en un datum horizontal estándar , llamado
urn:ogc:def:datum:EPSG::6326.
Definición [ editar ]
El origen de coordenadas de WGS 84 está destinado a estar ubicado en el centro de masa de la Tierra ; se cree que la incertidumbre es inferior a 2 cm. [5]
El meridiano WGS 84 de longitud cero es el Meridiano de Referencia IERS , [6] 5.3 segundos de arco o 102 metros (335 pies) al este del meridiano de Greenwich en la latitud del Observatorio Real . [7] [8]
La superficie de referencia WGS 84 es un esferoide achatado con radio ecuatorial a =6 378 137 m en el ecuador y aplanamiento f = 1 /298.257 223 563 . El valor refinado de la constante gravitacional WGS 84 (incluida la masa de la atmósfera terrestre) es GM =3 986 004 0,418 × 10 8 m 3 / s 2 . La velocidad angular de la Tierra se define como ω =72,921 15 × 10 −6 rad / s . [9]
Esto conduce a varios parámetros calculados, como el eje polar semi-menor b, que es igual a a × (1 - f ) =6 356 752 ,3142 m , y la primera excentricidad cuadrado, e 2 = 6.694 379 990 14 × 10 −3 . [9]
Actualmente, WGS 84 utiliza el Modelo Gravitacional de la Tierra 2008. [10] Este geoide define la superficie nominal del nivel del mar mediante una serie de armónicos esféricos de grado 2160. [11] Es una mejora con respecto al modelo EGM96 de 1996, que a su vez fue una mejora con respecto al geoide WGS 84 original, conocido como EGM84. Las desviaciones del geoide EGM96 del elipsoide de referencia WGS 84 van desde aproximadamente -105 ma aproximadamente +85 m. [12]
WGS 84 utiliza actualmente el Modelo Magnético Mundial 2020. [13] La próxima actualización regular (WMM2025) ocurrirá en diciembre de 2024.
Historia [ editar ]
Los esfuerzos para complementar los diversos sistemas topográficos nacionales comenzaron en el siglo XIX con el famoso libro de FR Helmert Mathematische und Physikalische Theorien der Physikalischen Geodäsie ( Teorías matemáticas y físicas de la geodesia física ). Austria y Alemania fundaron Zentralbüro für die Internationale Erdmessung (Oficina Central de Geodesia Internacional ), y se derivaron una serie de elipsoides globales de la Tierra (por ejemplo, Helmert 1906, Hayford 1910/1924 ).
Un sistema geodésico unificado para todo el mundo se volvió esencial en la década de 1950 por varias razones:
- La ciencia espacial internacional y el comienzo de la astronáutica .
- La falta de información geodésica intercontinental.
- La incapacidad de los grandes sistemas geodésicos , como European Datum ( ED50 ), North American Datum (NAD) y Tokyo Datum (TD), para proporcionar una base de datos geográficos en todo el mundo.
- Necesidad de mapas globales para navegación , aviación y geografía .
- La preparación para la Guerra Fría Occidental requería un sistema de referencia geoespacial estandarizado para toda la OTAN , de acuerdo con el Acuerdo de Normalización de la OTAN .
A fines de la década de 1950, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos , junto con científicos de otras instituciones y países, comenzó a desarrollar el sistema mundial necesario al que se podrían remitir los datos geodésicos y establecer la compatibilidad entre las coordenadas de sitios de interés muy separados. Los esfuerzos del Ejército, la Armada y la Fuerza Aérea de los EE. UU. Se combinaron y dieron como resultado el Sistema Geodésico Mundial 1960 del Departamento de Defensa (WGS 60). El término datum, como se usa aquí, se refiere a una superficie lisa definida arbitrariamente como elevación cero, consistente con un conjunto de medidas de distancias entre varias estaciones y diferencias de elevación, todo reducido a una cuadrícula de latitudes , longitudes y elevaciones.. Los métodos de levantamiento patrimonial encontraron diferencias de elevación con respecto a una horizontal local determinada por el nivel de burbuja , la plomada o un dispositivo equivalente que depende del campo de gravedad local (ver geodesia física ). Como resultado, las elevaciones en los datos se refieren al geoide , una superficie que no se encuentra fácilmente usando la geodesia satelital . El último método de observación es más adecuado para el mapeo global. Por lo tanto, una motivación y un problema sustancial en el WGS y trabajos similares es juntar datos que no solo se hicieron por separado, para diferentes regiones, sino volver a referenciar las elevaciones a un modelo elipsoide en lugar del geoide .
En cumplimiento de WGS 60, una combinación de superficie disponibles de gravedad de datos, Astro-geodésico datos y resultados de HIRAN [14] y canadiense Shoran encuestas se utilizan para definir un mejor ajuste elipsoide y una orientación centrada en la tierra para cada uno de dato seleccionado inicialmente. (Cada dato está relativamente orientado con respecto a diferentes porciones del geoide por los métodos astro-geodésicos ya descritos.) La única contribución de los datos satelitales al desarrollo de WGS 60 fue un valor para el aplanamiento del elipsoide que se obtuvo del movimiento nodal. de un satélite.
Antes de WGS 60, el Ejército de los EE. UU. Y la Fuerza Aérea de los EE. UU. Habían desarrollado cada uno un sistema mundial mediante el uso de diferentes enfoques para el método de orientación gravimétrica del datum. Para determinar sus parámetros de orientación gravimétrica, la Fuerza Aérea utilizó la media de las diferencias entre las deflexiones gravimétricas y astrogeodésicas y las alturas geoidales (ondulaciones) en estaciones específicamente seleccionadas en las áreas de los datums principales. El Ejército realizó un ajuste para minimizar la diferencia entre geoides astrogeodésicos y gravimétricos .. Al hacer coincidir los geoides astro-geodésicos relativos de los datums seleccionados con un geoide gravimétrico centrado en la tierra, los datums seleccionados se redujeron a una orientación centrada en la tierra. Dado que los sistemas del Ejército y la Fuerza Aérea coincidieron notablemente bien para las áreas NAD, ED y TD, se consolidaron y se convirtieron en WGS 60.
Versión 1966 [ editar ]
Las mejoras al sistema global incluyeron el astrogeoide de Irene Fischer y el datum astronáutico de Mercurio. En enero de 1966, un Comité del Sistema Geodésico Mundial compuesto por representantes del Ejército, la Armada y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos se encargó de desarrollar un WGS mejorado, necesario para satisfacer los requisitos de cartografía , cartografía y geodésica. Observaciones adicionales de gravedad superficial , resultado de la extensión de las redes de triangulación y trilateración , y grandes cantidades de Doppler y ópticas.Los datos satelitales estaban disponibles desde el desarrollo de WGS 60. Utilizando datos adicionales y técnicas mejoradas, se produjo el WGS 66 que sirvió a las necesidades del Departamento de Defensa durante aproximadamente cinco años después de su implementación en 1967. Los parámetros definitorios del elipsoide WGS 66 fueron el aplanamiento ( 1 / 298.25 determinada a partir de datos satelitales) y el semieje mayor (6.378.145 metros determinados a partir de una combinación de datos satelitales Doppler y astrogeodésicos). Un campo de anomalías de gravedad de aire libre medio de 5 ° × 5 ° en todo el mundo proporcionó los datos básicos para producir el geoide gravimétrico WGS 66. Además, un geoide referenciado al elipsoide WGS 66 se derivó de los datos astrogeodésicos disponibles para proporcionar una representación detallada de áreas terrestres limitadas.
Versión de 1972 [ editar ]
Después de un gran esfuerzo durante un período de aproximadamente tres años, se completó el Sistema Geodésico Mundial 1972 del Departamento de Defensa. Los datos seleccionados de satélites, gravedad superficial y astrogeodésicos disponibles hasta 1972 de fuentes del Departamento de Defensa y de otras fuentes se utilizaron en una Solución WGS Unificada (un ajuste por mínimos cuadrados a gran escala ). Los resultados del ajuste consistieron en correcciones de las coordenadas de la estación inicial y los coeficientes del campo gravitacional.
En el desarrollo del WGS 72 se reunió, procesó y aplicó la mayor colección de datos jamás utilizada para fines de WGS. Se utilizaron datos satelitales tanto ópticos como electrónicos. Los datos satelitales electrónicos consistieron, en parte, en datos Doppler proporcionados por la Marina de los EE. UU. Y las estaciones de seguimiento satelital colaboradoras que no pertenecen al Departamento de Defensa establecidas en apoyo del Sistema de Navegación por Satélite (NNSS) de la Marina. Los datos Doppler también estuvieron disponibles en los numerosos sitios establecidos por GEOCEIVERS durante 1971 y 1972. Los datos Doppler fueron la principal fuente de datos para WGS 72 (ver imagen). Los datos satelitales electrónicos adicionales fueron proporcionados por la Red Ecuatorial SECOR (Clasificación secuencial de rango) completada por el Ejército de los EE. UU. En 1970. Los datos satelitales ópticos del Programa mundial de triangulación de satélites geométricos fueron proporcionados por el sistema de cámara BC-4 (ver imagen).Datos delTambién se utilizó el Observatorio Astrofísico Smithsonian, que incluía una cámara ( Baker – Nunn ) y algo de alcance láser.
El campo de gravedad de la superficie utilizado en la Solución Unificada WGS consistió en un conjunto de 410 anomalías de gravedad media de aire libre de área igual a 10 ° × 10 ° determinadas únicamente a partir de datos terrestres. Este campo gravitatorio incluye valores medios de anomalía recopilados directamente a partir de los datos gravitacionales observados siempre que estos últimos estuvieran disponibles en cantidad suficiente. El valor de las áreas de datos de observación escasos o nulos se desarrolló a partir de aproximaciones de gravedad geofísicamente compatibles utilizando técnicas de correlación geofísica-gravedad. Aproximadamente el 45 por ciento de los 410 valores medios de anomalía de la gravedad del aire libre se determinaron directamente a partir de los datos de gravedad observados.
Los datos astrogeodésicos en su forma básica consisten en la desviación de los componentes verticales referidos a los diversos datums geodésicos nacionales. Estos valores de deflexión se integraron en cartas geoidales astrogeodésicas referidas a estos datums nacionales. Las alturas de los geoides contribuyeron a la solución WGS unificada al proporcionar datos adicionales y más detallados para las áreas terrestres. Se incluyeron datos de levantamientos terrestres convencionales en la solución para hacer cumplir un ajuste consistente de las coordenadas de los sitios de observación vecinos de los sistemas BC-4, SECOR, Doppler y Baker-Nunn. Además, se incluyeron ocho travesías precisas de geodimetría de línea larga con el fin de controlar la escala de la solución.
La solución WGS unificada, como se indicó anteriormente, fue una solución para las posiciones geodésicas y los parámetros asociados del campo gravitacional basada en una combinación óptima de datos disponibles. Los parámetros del elipsoide WGS 72, los cambios de referencia y otras constantes asociadas se derivaron por separado. Para la solución unificada, se formó una matriz de ecuación normal basada en cada uno de los conjuntos de datos mencionados. Luego, las matrices de ecuaciones normales individuales se combinaron y la matriz resultante se resolvió para obtener las posiciones y los parámetros.
El valor del semieje mayor (a) del elipsoide WGS 72 es 6 378 135 metros. La adopción de un valor a 10 metros más pequeño que el del elipsoide WGS 66 se basó en varios cálculos e indicadores, incluida una combinación de datos de gravedad satelital y de superficie para determinaciones de posición y campo gravitacional. Se utilizaron conjuntos de coordenadas de estación derivadas del satélite y deflexión gravimétrica de los datos de altura vertical y geoide para determinar cambios de datum de local a geocéntrico, parámetros de rotación de datum, un parámetro de escala de datum y un valor para el semieje mayor del elipsoide WGS. Se hicieron ocho soluciones con los diversos conjuntos de datos de entrada, tanto desde el punto de vista de la investigación como también debido al número limitado de incógnitas que podrían resolverse en cualquier solución individual debido a las limitaciones de la computadora.En las diversas soluciones se incluyeron estaciones seleccionadas de seguimiento por satélite Doppler y de orientación de datos astrogeodésicos. Sobre la base de estos resultados y otros estudios relacionados realizados por el Comité, se adoptó un valor a de 6 378 135 metros y un aplanamiento de 1 / 298,26.
En el desarrollo de cambios de datos locales a WGS 72, se investigaron, analizaron y compararon los resultados de diferentes disciplinas geodésicas. Los cambios adoptados se basaron principalmente en un gran número de coordenadas de las estaciones Doppler TRANET y GEOCEIVER que estaban disponibles en todo el mundo. Estas coordenadas se habían determinado mediante el método de posicionamiento de puntos Doppler.
Versión de 1984 [ editar ]
A principios de la década de 1980, la comunidad geodésica y el Departamento de Defensa de EE. UU. Reconocieron en general la necesidad de un nuevo sistema geodésico mundial. WGS 72 ya no proporcionaba suficientes datos, información, cobertura geográfica o precisión del producto para todas las aplicaciones actuales y previstas. Los medios para producir un nuevo WGS estaban disponibles en forma de datos mejorados, mayor cobertura de datos, nuevos tipos de datos y técnicas mejoradas. Los parámetros de GRS 80 , junto con el Doppler disponible, el alcance por láser de satélite y las observaciones de interferometría de línea de base muy larga (VLBI), constituyeron una nueva información importante. Se disponía de una nueva fuente de datos excepcional procedente de la altimetría de radar por satélite. También estaba disponible un mínimos cuadrados avanzados método llamado colocación que permitió una solución de combinación consistente de diferentes tipos de mediciones, todas relativas al campo gravitatorio de la Tierra, mediciones como el geoide, anomalías gravitatorias, deflexiones y Doppler dinámico.
El nuevo sistema geodésico mundial se denominó WGS 84. Es el sistema de referencia utilizado por el Sistema de posicionamiento global . Es geocéntrico y globalmente consistente dentro de ± 1 m. Las realizaciones geodésicas actuales de la familia de sistemas de referencia geocéntrica del Sistema Internacional de Referencia Terrestre (ITRS) mantenida por el IERS son geocéntricas e internamente consistentes, en el nivel de unos pocos centímetros, sin dejar de ser un metro consistente con WGS 84.
El WGS 84 usó originalmente el elipsoide de referencia GRS 80 , pero ha sufrido algunos ajustes menores en ediciones posteriores desde su publicación inicial. La mayoría de estos refinamientos son importantes para cálculos orbitales de alta precisión para satélites, pero tienen poco efecto práctico en los usos topográficos típicos. La siguiente tabla enumera los parámetros del elipsoide principal.
| Referencia de elipsoide | Semieje mayor a | Semi-eje menor b | Inverse aplanamiento (1 / f ) |
|---|---|---|---|
| 80 GRS | 6 378 137,0 m | ≈ 6 356 752,314 140 m | 298.257 222100 882711 ... |
| WGS 84 [4] | 6 378 137,0 m | ≈ 6 356 752,314 245 m | 298.257 223563 |
La muy pequeña diferencia en el aplanamiento da como resultado una pequeña diferencia de 0,105 mm en el eje semipolar.
Longitudes en WGS 84 [ editar ]
WGS 84 utiliza el meridiano de referencia IERS según lo definido por el Bureau International de l'Heure , [6] que se definió mediante la recopilación de observaciones de estrellas en diferentes países.
Las posiciones de longitud en WGS 84 coinciden con las del Datum norteamericano más antiguo 1927, aproximadamente a 85 ° de longitud oeste , en el centro-este de los Estados Unidos.
Actualizaciones y nuevos estándares [ editar ]
A esta sección le falta información sobre los números de EPSG de realizaciones específicas, cambios en la precisión, ... ( Febrero de 2021 ) |
Todos los componentes de WGS84 se actualizan periódicamente. El documento del Sistema Geodésico Mundial 1984 del Departamento de Defensa, Su Definición y Relaciones con los Sistemas Geodésicos Locales , publicado inicialmente en 1984, ha sido revisado en 1997, en 2004 (como tres ediciones del TR8350.2), y finalmente en 2014 como la primera edición de NGA.STND.0036. [2] Los documentos que se actualizan periódicamente proporcionan descripciones refinadas de la Tierra y realizaciones del sistema para una mayor precisión.
El componente geoide de WGS84 se actualiza continuamente como un modelo gravitacional terrestre (EGM) separado . [10]
- El Earth Gravitational Model 1996 (EGM96) se publicó por primera vez en 1996, con revisiones tan recientes como 2004. El geoide tiene una resolución de aproximadamente 100 km frente a los 200 km del WGS 84 original. El uso de EGM96 se confirmó en la actualización de 1997.
- Muchos de los autores originales de WGS 84 contribuyeron a un nuevo modelo de mayor fidelidad, llamado EGM2008. Este nuevo modelo tiene un geoide con una precisión cercana a los 10 cm, lo que requiere más de 4,6 millones de términos en la expansión esférica (frente a 130,317 en EGM96 y 32,757 en WGS 84). [11] El uso de EGM2008 se confirmó en la actualización de 2014.
- Se planeó una actualización para EGM2020.
El modelo magnético también se actualiza periódicamente como Modelo Magnético Mundial (WMM). [13] Como se indica en la sección Definición, el modelo magnético es actualmente World Magnetic Model 2020.
Ver también [ editar ]
- Proyecto de Grado Confluence
- EGM96
- ETRS89
- esquema de URI geo
- Geo (microformato) : para marcar coordenadas WGS 84 en (X) HTML
- Geoetiquetado
- NAD 83
- Punto de interés
- Sistema de tránsito
Referencias [ editar ]
- ^ "Geomática NGA - WGS 84" . earth-info.nga.mil . Consultado el 19 de marzo de 2019 .
- ^ a b "Recopilación de datos de información de WGS 84, ¿o no?" . Mundo GPS . 2 de noviembre de 2016.
- ^ https://spatialreference.org/ref/epsg/wgs-84/gml/
- ^ a b http://www.epsg-registry.org/export.htm?gml=urn:ogc:def:ellipsoid:EPSG::7030 [ enlace muerto ]
- ^ "La ondulación del geoide EGM96 con respecto al elipsoide WGS84" . NASA .
- ^ a b Organización europea para la seguridad de la navegación aérea e IfEN : Manual de implementación WGS 84, p. 13. 1998
- ^ "Greenwich Meridan, rastreando su historia" . Gpsinformation.net . Consultado el 24 de mayo de 2017 .
- ^ Malys, Stephen; Seago, John H .; Palvis, Nikolaos K .; Seidelmann, P. Kenneth; Kaplan, George H. (1 de agosto de 2015). "Por qué se movió el meridiano de Greenwich" . Revista de Geodesia . doi : 10.1007 / s00190-015-0844-y .
- ^ a b "Sistema geodésico mundial del Departamento de defensa 1984" . Informe técnico de la Agencia Nacional de Imágenes y Cartografía TR 8350.2 Tercera edición, Enmienda 1, 1 de enero de 2000.
- ^ a b "NGA Geomatics - WGS 84" . earth-info.nga.mil . Consultado el 19 de marzo de 2019 .
- ^ a b "Earth Gravitational Model 2008 (EGM2008)" . Earth-info.nga.mil . 2013-05-06 . Consultado el 24 de mayo de 2017 .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 23 de septiembre de 2008 . Consultado el 24 de octubre de 2008 .CS1 maint: archived copy as title (link)
- ^ a b "Modelo magnético mundial" . NCEI . Consultado el 23 de enero de 2020 .
- ^ "Historia de NOAA - Historias y cuentos de la costa y encuesta geodésica - Cuentos personales / Medidor de tierra / Aslakson Bio" . History.noaa.gov . Consultado el 24 de mayo de 2017 .
Enlaces externos [ editar ]
- Geodesia para el profano , Capítulo VIII, "El sistema geodésico mundial"
- Informe técnico de NIMA TR8350.2 Departamento de Defensa Sistema geodésico mundial 1984, su definición y relaciones con los sistemas geodésicos locales, tercera edición, Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial. Ésta es la publicación oficial de la norma, incluidos los apéndices. Tenga en cuenta que este informe en realidad documenta el modelo EGM 96 (una revisión de WGS 84). El WGS 84 original está documentado en versiones anteriores a 1996.
- Página principal de NGA (antes NIMA) sobre modelos de gravedad terrestre
- Descripción de la diferencia entre el geoide y el elipsoide de la página GEOID de la Encuesta Geodésica Nacional de la NOAA de EE. UU.
- Página de gravedad terrestre de la NASA GSFC
- GeographicLib proporciona una utilidad GeoidEval (con código fuente) para evaluar la altura del geoide para los modelos de gravedad terrestre EGM84, EGM96 y EGM2008. Aquí hay una versión en línea de GeoidEval .
- Referencia espacial para EPSG: 4326
Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos del National Geodetic Survey .
