PPP-Ar: Servicio de Posicionamiento Puntual Preciso de la República Argentina

Por Federico Fernández y Hernán Guagni.

El Posicionamiento Puntual Preciso (PPP) es una técnica que permite obtener coordenadas a partir de datos provenientes de los Sistemas Satelitales de Navegación Global (GNSS). Esta técnica de posiciona- miento se basa en el procesamiento de observaciones de código y fase sin diferenciar obtenidas con un único receptor GNSS (Kouba y Héorux, 2001). Con este método, se eliminan las limitaciones técnicas asociadas al procesamiento diferencial, dado que a priori no se exige la cercanía a otro receptor GNSS (comúnmente llamado BASE) realizando observaciones en simultáneo. Esto se traduce en una gran flexibilidad en las mediciones de campo, reduce los costos de trabajo y equipamiento, y simplifica la logística en las mediciones. Dentro de las principales aplicaciones que se le puede dar a las coordenadas obtenidas de un procesamiento PPP se encuentran la georreferenciación de parcelas rurales, la topografía en general y todo tipo de actividades donde se necesiten coordenadas centimétricas o decimétricas.

Aunque el método PPP no requiere de ninguna estación BASE, se debe tener un conocimiento específico de las coordenadas de los satélites y del estado de sus relojes para obtener coordenadas precisas. Esto es posible gracias a que semana a semana los centros de procesamiento del Servicio Internacional GNSS (IGS) generan y publican archivos de órbitas satelitales, correcciones a los relojes de los satélites y parámetros de orientación terrestre que se utilizan luego en el procesamiento PPP (Johnston et al, 2017). Asimismo, se utilizan modelos de mareas, carga oceánica, del estado de la tropósfera (temperatura y humedad), entre otros.

Por otra parte, las coordenadas resultantes de un procesamiento de datos GNSS realizado con la técnica PPP son válidas para la época de medición y se expresan en el marco de referencia global en el cual se encuentran las órbitas de los satélites. Este generalmente es el último marco de referencia disponible al momento de realizar la medición, que en la actualidad se denomina IGS20, y constituye una densificación a partir de estaciones GNSS del marco de referencia global ITRF20.

Las dificultades que suponen la descarga y utilización de archivos con coordenadas de los satélites y las correcciones a sus relojes, las numerosas configuraciones posibles para el procesamiento, la utilización de variados modelos y la posterior transformación de marco de referencia y cambio de época de las coordenadas resultantes, hacen que realizar un procesamiento de datos GNSS con el método PPP sea una tarea para la cual se deba contar con conocimientos avanzados de geodesia y de las técnicas GNSS. Es por esta razón que en los últimos años han surgido varios servicios de procesamiento online para el cálculo de coordenadas, lo que popularizó la técnica PPP, ya que el usuario se desprende de la etapa de procesamiento de los datos.

Si bien varios países e instituciones ya cuentan con servicios PPP en línea, ninguno ofrece como resultado coordenadas en nuestro Marco de Referencia Geodésico Nacional (adoptado a través de la Disposición N° 20/2009 del 15 de mayo de 2009), y por tanto las coordenadas obtenidas con cualquiera de ellos requieren de la posterior transformación al marco de referencia oficial. Además, en la mayoría de las aplicaciones, se requiere que las coordenadas resultantes se encuentren expresadas en la época convencional de POSGAR07 (2006.632) para lo cual es necesaria la utilización de un modelo geodésico de predicción de trayectorias.

Por estas razones, en el mes de julio del año 2022 comenzó a funcionar el nuevo servicio de Posicionamiento Puntual Preciso para la República Argentina1 (PPP-Ar) del IGN. El servicio PPP-Ar es de uso libre y gratuito, y permite el procesamiento de datos GNSS obtenidos de manera estática con receptores GNSS doble frecuencia, determinando las coordenadas resultantes en el marco de referencia global de las órbitas utilizadas y en el marco de referencia geodésico nacional POSGAR07 en su época convencional 2006.632.

El servicio PPP-Ar fue diseñado con la idea de que su utilización sea lo más intuitiva posible, de manera que cualquier usuario pueda procesar fácil- mente sus datos GNSS para acceder al marco de referencia oficial POSGAR07. La dinámica de utilización del servicio puede resumirse en tres pasos (FIGURA 1):

- En primer lugar, luego de realizar las mediciones, el usuario convierte sus datos al formato estándar de intercambio de datos GNSS RINEX

- Luego, se ingresa a la aplicación web (se debe crear una cuenta en forma gratuita), y se sube el archivo RINEX junto con los metadatos correspondientes a la medición (modelo de antena, altura de antena, entre otros).

- Una vez finalizado el procesamiento, el usuario recibe por correo electrónico un reporte en formato PDF con las coordenadas resultantes y algunas estadísticas y gráficos que sirven para evaluar la calidad de la solución

FIGURA 1. Flujo de procesamiento del servicio PPP-Ar

Fuente: elaboración propia.

Los resultados que se obtienen al utilizar PPP-Ar fueron validados a partir de procesamientos masivos de archivos RINEX provenientes de estaciones GNSS permanentes pertenecientes a la Red Argentina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC). Para esta tarea se utilizaron RINEX de diferentes duraciones, intervalos de registro, cantidad de constelaciones, equipamientos, y de estaciones distribuidas en todo el territorio nacional. Las coordenadas obtenidas se compararon con las obtenidas por el Centro de Investigaciones Geodésicas Aplicadas (CIGA) del IGN, que regularmente procesa en forma diaria los datos de RAM- SAC. En la FIGURA 2 puede observarse la dispersión de las coordenadas planimétricas obtenidas para sesiones de diferentes duraciones con PPP res- pecto a coordenadas obtenidas por CIGA.

FIGURA 2. Diferencias planimétricas de coordenadas PPP

Las diferencias planimétricas de coordenadas PPP respecto a coordenadas ITRF calculadas por CIGA para diferentes estaciones GNSS y duraciones de archivos RINEX utilizando órbitas finales y datos de las constelaciones GPS y GLONASS

Fuente: elaboración propia.

También se analizó la exactitud del modelo VEL-Ar en el territorio nacional, que influye en la transformación temporal de las coordenadas para acceder al marco de referencia oficial en su época convencional. En la FIGURA 3 puede observarse la exacti- tud de VEL-Ar en la componente Este al transformar coordenadas desde la época 2022.0 a la época 2006.632, que resulta la componente más comprometida debido a los sismos ocurridos en la última década en Chile. En los primeros seis meses de operación (a enero de 2023), PPP-Ar cuenta con más de 500 usuarios registrados y aproximadamente 1800 solicitudes enviadas. En la FIGURA 4 puede observarse la distribución espacial de las solicitudes procesadas por el servicio. Si bien el servicio puede considerarse autónomo (una solicitud se procesa de principio a fin sin intervención manual), durante estos meses se ha continuado trabajando en la reducción de errores, en mejoras de la interfaz web de la aplicación y en la adición de nuevas funcionalidades. Además, el servicio cuenta con un equipo de soporte para atender las consultas técnicas de los usuarios.

FIGURA 3. Análisis de exactitud en la componente Este de VEL-Ar v2.0 al transformar coordenadas desde la época 2022.000 a la época 2006.632

Fuente: elaboración propia.

Por todo lo expuesto, PPP-Ar es un ser- vicio en línea gratuito que le permite a los usuarios de la tecnología GNSS obtener coordenadas precisas vinculadas al marco de referencia geodésico nacional POSGAR07, a partir del envío de datos en formato RINEX de receptores doble frecuencia que operan en modo estático. Las precisiones obtenidas que se desprenden de las pruebas masivas realizadas son directamente proporcionales a la duración de la observación y la capacidad de rastreo que tenga el receptor GNSS, pero prácticamente independientes de los intervalos de registros y tipo de órbitas utilizadas. La duración óptima de la medición por parte del usuario quedará sujeta a su criterio profesional y dependerá de las condiciones del entorno y la aplicación que quiera dar- le a los resultados que obtenga.

FIGURA 4. Mapa de las solicitudes procesadas por PPP-Ar a enero de 2023

Fuente: elaboración propia.

Bibliografía

• Canadian Geodetic Survey. (2018). GPSPACE software. GitHub. Recuperado el 18 de enero de 2023, de https://github.com/CGS-GIS/GPSPACE.
• Gómez, D. D., Piñón, D. A., Smalley, R., Bevis, M., Cimbaro, S., Lenzano, L., & Barón, J. (2016). Reference frame access under the effects of great earthquakes: A least squares collocation approach for non-secular post-seismic evolution. Journal of Geodesy, 90, 263–273.
• Instituto Geográfico Militar. (2009, 15 de mayo). Disposición del Instituto Geográfico Militar N.º 20/2009. Buenos Aires, Argentina.
• Johnston, G., Riddell, A., & Hausler, G. (2017). The International GNSS Service. En P. J. G. Teunissen & O. Montenbruck (Eds.), Springer handbook of global navigation satellite systems (pp. 967–982). Springer International Publishing
• Kouba, J., & Héroux, P. (2001). Precise point positioning using IGS orbit and clock products. GPS Solutions, 5, 12–28.

Autores

Federico Fernández. Ingeniero Agrimensor. Dirección de Geodesia, Instituto Geográfico Nacional. ffernandez@ign.gob.ar

Hernán Guagni. LIngeniero Agrimensor. Director de Geodesia, Instituto Geográfico Nacional. hguagni@ign.gob.ar