Sistemas de referencia
Sistema significa: Conjunto de elementos ordenados conforme un principio o una ley.
Un Sistema de Referencia es un conjunto de parámetros (ideales-abstractos) fijados a priori, que van a marcar las pautas para referir o vincular otros sub-conjuntos o puntos.
Un Sistema de Referencia es en esencia una terna ordenada de ejes ortogonales.
Marco de referencia es el conjunto de elementos (físicos-visibles) que materializan y que sustentan el sistema. El Marco de Referencia fija la escala y la orientación del Sistema en la Realidad.
Al origen de un sistema de referencia se lo denomina "Datum".
Obsérvese en el cuadro, que la adopción de un Sistema de
Referencia implica aceptar como fijos una serie de parámetros tanto geométricos como físicos, (tal como ejemplo la velocidad angular de rotación de la tierra).
Obsérvese también que se adopta una superficie geométrica de referencia, en este caso el elipsoide GRS80 cuyos parámetros Semieje mayor y aplanamiento se encuentran claramente definidos en el cuadro.
Generalmente un Sistema de Referencia esta generado por una terna ordenada de ejes ortogonales, pero en muchos casos, además se emplean superficies (auxiliares) de referencias, como son el elipsoide, la esfera o el plano.
En nuestros levantamientos
topográficos clásicos, empleamos generalmente un Sistema de Coordenadas Topocéntrico, el cual no es otra cosa más que un sistema local, consistente en una terna ordenada de ejes cartesianos con
origen planimétrico en un punto arbitrario de la superficie terrestre.
El eje X orientado hacia un Norte arbitrario, el eje Y normal y dextrógiro respecto del anterior.
El eje Z coincidente en cada estación con la vertical del lugar, -es decir, normal a la superficie de nivel que pasa por instrumento.
Al estacionar el instrumento y "calar sus niveles" la dirección de la plomada materializa la vertical del lugar, coincidente con la dirección de la fuerza de atracción de la gravedad en dicho punto. De esta manera también ha quedado materializado un plano horizontal de referencia, el cual es perpendicular al eje vertical y tangente a la superficie de nivel que pasa por el instrumento.
Al estacionar el instrumento y "calar sus niveles" la dirección de la plomada materializa la vertical del lugar, coincidente con la dirección de la tuerza de atracción de la gravedad en dicho punto. De esta manera también ha quedado materializado un plano horizontal de referencia, el cual es perpendicular al eje vertical y tangente a la superficie de nivel que pasa por el instrumento.
Al estar nuestro sistema local estrechamente vinculado al campo gravífico terrestre, se lo denomina sistema topocéntrico físico.
En nuestros trabajos topográficos generalmente empleamos dos Datum:
Un datum Horizontal (origen de X e Y). Ubicado sobre el plano horizontal de referencia Un datum Vertical (origen de las Z). Geoide
El origen de las alturas puede ser un Geoide arbitrario, o puede que esté referido al nivel medio del mar (Cota IGM)
Observamos que aquí volvemos a mencionar al Geoide, algunas consideraciones sobre el mismo realizaremos al finalizar el texto:
En los Levantamientos topográficos clásicos, el método de relevamiento empleado es el levantamiento Polar. Cada punto del terreno queda referenciado al Punto estación mediante las Coordenadas Polares del vector: Rumbo ( j ), Distancia Cenital ( z ), y Distancia inclinada ( l ).
Otra manera de expresar las coordenadas polares es valiéndonos del auxilio de los planos verticales y horizontales, luego la posición de cada punto queda determinada por sus proyecciones:
Rumbo ( j ), altura ( h ), y Distancia reducida al horizonte ( L ).
Hoy en día, con el empleo de estaciones totales, las Coordenadas Polares son convertidas automáticamente al sistema triaxial, de tal manera que obtenemos una representación plana de nuestro levantamiento de forma instantánea y sin percatarnos de ello.
En las mediciones con GPS, como en los levantamientos geodésicos en cambio, se hace necesario tomar en cuenta la forma de la tierra, por tal motivo no puede considerarse una superficie de referencia plana sino que adoptamos como superficie de referencia un elipsoide de revolución.
En nuestro país el modelo adoptado por el IGM, hasta el año '97 fue el Elipsoide internacional de Hayford. Correspondiente al Sistema de Referencia Nacional, denominado "Campo Inchauspe '69".
Si bien este sistema ha sido reemplazado por el Sistema POSGAR, es necesario que lo veamos a causa que toda la Cartografía se encuentra todavía expresada en dicho sistema y que por otra parte, el 95% de las consultoras que elaboran los proyectos, aun no se han dado por enteradas que existe un nuevo sistema de referencia nacional.
A este elipsoide se lo hace tangente en un punto al Geoide. Este es el punto fundamental del sistema y como ya vimos se lo denomina datum Horizontal. En el Datum coincide la vertical del lugar y la perpendicular al elipsoide.
Campo Inchauspe '69, se trata también de una terna ordenadas de ejes ortogonales, con origen en el centro geométrico del elipsoide, con el eje de las Z en coincidencia con la dirección media del polo Norte, y el eje de las X coincidente con el meridiano de Greenwich.
Cualquier punto de la corteza terrestre queda expresado mediante sus coordenadas cartesianas X,Y, Z.
Definir la posición de los puntos mediante las coordenadas cartesianas ofrece muchas ventajas para el cálculo, sin embargo se hace imposible poder visualizar o imaginar su ubicación sobre la corteza terrestre, por tal motivo se recurre a la superficie de referencia sobre el cual se calculan las coordenadas geodésicas.
Luego, cualquier punto queda definido por dos coordenadas geodésicas: Latitud ( a ), y Longitud ( l ).
En cualquiera de nuestros sistemas nacionales, los vértices de la redes están expresados por solamente dos coordenadas (latitud y longitud). La tercera coordenada no es la altura elipsoidal sino que es la Cota Ortométrica, es decir la distancia del punto al Geoide, medida por la dirección de la vertical del lugar, (que ya dijimos era la dirección física materializada por la plomada).
El Instituto Geográfico Militar definió al Geoide como una superficie de nivel (equipotencial) que coincide con el nivel medio del mar.
Recordemos que la cota Ortométrica surge a partir de la medición de diferencias de altura, corregidas por los efectos de la gravedad.
Estas nivelaciones tienen su origen en el mareógrafo de Mar del Plata y la Cota de Referencia se encuentra monumentada en Tandil. Este punto es el Datum Vertical.
La Conversión de Coordenadas de Cartesianas a Geodésicas y a la inversa, se trata de un simple proceso matemático.
En nuestro país, y en la actualidad, aún conviven varios Sistemas de Referencia
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Yaví, con Datum en Jujuy
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ChosMalal, en Neuquén y parte de la pampa
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Pampa del Castillo en la zona de Comodoro Rivadavia
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Ubajay: sistema superpuesto al Sistema Castelli en la zona del Río Uruguay
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Chumbicha, en Catamarca
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25 de Mayo en San Juan
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Sistema Castelli en Bs. As.
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y el Sistema Nacional de Campo Inchauspe '69
El cuadro que se observa corresponde a una publicación del IGM, donde se hace mención de las diferencias medias encontradas en puntos comunes entre los distintos sistemas y Campo Inchauspe. La existencia de tantos sistemas de Referencias complica en extremo el relacionamiento de las redes y el empleo correcto de sus coordenadas, además algunos de estos sistemas no tienen una coherencia interna adecuada, debido a que su cálculo no ha sido riguroso.
Felizmente en la actualidad disponemos de un Marco de Referencia único y correctamente ajustado, la red Posgar '94. Sin embargo y por algún tiempo más, convivirán juntos Posgar, Campo Inchauspe 69 y todos los Sistemas que antes hicimos mención.
Observemos que POSGAR es el marco de referencia nacional de un sistema de referencia denominado WGS84.
De igual modo, podemos mencionar la red SAGA que es un marco geodinámico para la medición de los movimientos de las placas del continente sudamericano.
La red CAP, (Proyecto Andes Centrales) que también es el marco geodinámico para determinar los movimientos producidos en las fallas andinas.
La red SIRGAS que es el marco de referencia geodésico sudamericano.
O el ITRF '94, que es el marco de referencia geodésico Internacional.
Todos estos son marcos de un único sistema de referencia que es el WGS84.