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UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
PORYECTO CURRICULAR INGENIERIA TOPOGRAFICA
INFORME DE PASANTIA:
REVISION, DOCUMENTACIÓN, ACTUALIZACIÓN Y VALIDACIÓN DEL
MODULO DE CÁLCULO DE VELOCIDADES DEL SOFTWARE MAGNA SIRGAS
PRO 3.0
PRESENTA:
ALEJANDRO RODRIGUEZ URREA
CODIGO: 20131032005
BOGOTÁ D.C, OCTUBRE DE 2017
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UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
PORYECTO CURRICULAR INGENIERIA TOPOGRAFICA
(TRABAJO DE GRADO EN LA MODALIDAD DE PASANTÍA PARA OPTAR EL
TÍTULO DE INGENIERO TOPOGRÁFICO)
INFORME DE PASANTIA:
REVISION, DOCUMENTACIÓN, ACTUALIZACIÓN Y VALIDACIÓN DEL
MODULO DE CÁLCULO DE VELOCIDADES DEL SOFTWARE MAGNA SIRGAS
PRO 3.0
DIRECTOR INTERNO:
ROBINSON QUINTANA PUENTES
ING. CATASTRAL MAGISTER EN GEOFÍSICA
DIRECTOR EXTERNO:
JOSE RICARDO GUEVARA LIMA
ING. CATASTRAL MAGISTER EN CALIDAD Y GESTIÓN INTEGRAL
BOGOTÁ D.C, OCTUBRE DE 2017
ii
Tabla de Contenido
1.Introducción .................................................................................................................... 1
2.Objetivos ......................................................................................................................... 2
2.1. Objetivo General ..................................................................................................... 2
2.2. Objetivos específicos ............................................................................................... 2
3.Identificación del problema ............................................................................................ 3
4.Metodologia .................................................................................................................... 4
5.Descripción de Resultados .............................................................................................. 5
5.1. Errores magna pro 3 beta módulo de cálculo de velocidades. ................................ 5
5.2. Métodos y formulas empleadas ............................................................................... 5
5.2.1. Cálculos módulo de cálculo de velocidades ..................................................... 5
5.2.2. Cálculos módulo de cambio de época............................................................... 9
5.3. Mejoras del módulo velocidades. .......................................................................... 10
5.3.1. Punto individual cálculo de velocidades ......................................................... 11
5.3.3. Calculo cambio de época punto individual ..................................................... 13
5.4. manual de usuario magna sirgas pro 4 ............................................................... 14
6.Cumplimiento de objetivo ............................................................................................. 15
7.Conclusiones y recomendaciones ................................................................................. 16
8.Bibliografía ................................................................................................................... 18
iii
Índice de ilustraciones
Ilustración 1 Diagrama metodología. ................................................................................. 4
Ilustración 2 submenú ...................................................................................................... 10
Ilustración 3 Calculo punto individual ............................................................................. 12
Ilustración 4 calculo archivo de puntos ............................................................................ 12
Ilustración 5 calculo cambio de época punto individual .................................................. 13
Ilustración 6 manual ......................................................................................................... 14
Índice de ecuaciones
Ecuación 1 IDW ................................................................................................................. 6
Ecuación 2 longitud + 1s .................................................................................................... 6
Ecuación 3 conversión velocidad norte sur a grados ......................................................... 7
Ecuación 4 conversión velocidad este oeste a grados ........................................................ 7
Ecuación 5 latitud dentro de un año ................................................................................... 7
Ecuación 6 longitud dentro de un año ................................................................................ 7
Ecuación 7 longitud y latitud inicial convertidas a geocéntricas ...................................... 8
Ecuación 8 longitud y latitud dentro de un año convertidas a geocéntricas ...................... 8
Ecuación 9 obtención de velocidades x,y,z ........................................................................ 8
Ecuación 10 años decimales............................................................................................... 9
Ecuación 11 diferencia de tiempo ...................................................................................... 9
Ecuación 12 diferencia desplazamiento ............................................................................. 9
Ecuación 13 X, Y, Z final ............................................................................................... 10
Índice de tablas
Tabla 1 comparación vemos 2009 y vemos 2015 ............................................................ 11
1
1.Introducción
La tierra es dinámica, todo lo que se encuentra dentro de ella también está en constante
movimiento y las placas tectónicas no son la excepción, es un movimiento lento, pero sin
pausa que causa variaciones a través del tiempo.
El Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas (SIRGAS) nos ofrece Modelo de
velocidades para sirgas (VEMOS), que dependen del procesamiento las Soluciones
Multianuales de SIRGAS-CON, magna sirgas pro 3 beta contiene la solución SIR09P01
referido al ITRF2005 también conocido como VEMOS 2009, hasta el año 2017 sirgas a
sacado dos nuevas soluciones SIR11P01(ITRF2008) y SIR15P01 (ITRF2014) es apropiado
evaluar cómo estas nuevas soluciones mejoran el procesamiento de los datos obtenidos de
sistemas globales de navegación por satélite (GNSS).
El Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) en su misión incluye actividades como:
producir, investigar, reglamentar, disponer y divulgar la información geográfica,
cartográfica, agrológica, catastral, geodésica. El IGAC al ser el ente rector su proceso de
reglamentación debe ir acompañado de la investigación y la innovación facilitando a usuarios
externos productos de calidad y actualizados.
Ya han pasado siete años desde la publicación de la última versión del magna sirgas pro, los
usuarios externos y empleados del IGAC han encontrado falencias y errores en el software,
por este motivo nace la iniciativa de la actualización del magna sirgas pro 3 beta.
En el presente informe almacena la información correspondiente al desarrollo de la
actualización del módulo de cálculo de velocidades. Además, es importante aclarar que el
aplicativo y manual de usuario se entregan sin garantía explicita y podrán ser modificados
según los parámetros que el IGAC considere pertinentes.
2
2.Objetivos
2.1. Objetivo General
Realizar el análisis y mejora del módulo de cálculo de velocidades del programa MAGNA-
SIRGAS PRO, así mismo actualizar el manual de usuario Magna Sirgas Pro 3 Beta para
dicho modulo y generar la documentación técnica de las formulas implementadas para el
cálculo de las velocidades.
2.2. Objetivos específicos
Evaluar la funcionalidad del módulo de cálculo de velocidades generando aspectos
de mejora.
Corregir y mejorar el módulo de cálculo de velocidades del programa Magna Sirgas
Pro 3.0.
Realizar un manual de usuario del módulo de cálculo de velocidades para la nueva
versión del Software Magna Sirgas Pro 3.0.
Generar informes parciales en el trascurso de la pasantía sobre los avances y logros
alcanzados.
3
3.Identificación del problema
Las versiones de magnas sirgas pro fueron desarrolladas en el grupo interno de trabajo
Geodesia de la Subdirección de Geografía y Cartografía del Instituto Geográfico Agustín
Codazzi. Tienen como propósito brindar al usuario una herramienta de cobertura nacional
para el manejo de coordenadas.
En el caso de procesamiento de información GPS considerando la variación de las
coordenadas en el tiempo por efectos geodinámicas se dispuso al usuario el módulo de
cálculo velocidades. En este módulo se presentan algunas incongruencias las cuales impiden
al usuario obtener la información deseada, esto hace perder la confianza del usuario en el
software, por lo que, los errores presentes en este módulo deben ser identificados para su
oportuna corrección y así recobrar confianza de los usuarios en el software.
4
4.Metodologia
Ilustración 1 Diagrama metodología.
El proceso inicia con la identificación de errores, en esta etapa se tuvieron una serie de
reuniones para la recopilación de las falencias del software, después se realizó la
caracterización de los errores, es decir si era un error de cálculo de interfaz. Teniendo calaras
las debilidades del software se procedió a la etapa de interpretación del código en el cual se
identificaron rutas, formulas y métodos utilizados para la obtención de resultados, el tercer
paso fue la manipulación y corrección del código en el cual se eliminan los errores sugeridos
en la primera etapas, finalmente se procede a realizar la evolución de resultados en la cual se
realizan pruebas para ejecutar el modulo, subir datos y comprobar que los datos sean
correctos.
Analisis • Identificación y
caracterizaciónde los errores.
Interpretación • Interpretación del código.
Corrección •manipulación de código.
Validación •evolución de resultados
5
5.Descripción de Resultados
5.1. Errores magna pro 3 beta módulo de cálculo de velocidades.
Tras un proceso de verificación e indagación se encontraros los siguientes errores en la
versión Magna Sirgas Pro 3 Beta:
Datum Bogotá solicita una altura elipsoidal, innecesario yaqué el sistema es
bidimensional.
Existe un submenú innecesario para llegar a la opción de cálculo de punto individual
y calculo archivo, este submenú se identifica con el nombre de modelo de velocidades
para las américa del sur, su origen es una herencia del entorno de Magna Sirgas Pro
2.
El cálculo de archivos está limitado CSV, esto genera incomodidad ya que es muy
fácil cometer errores con los separadores de listas generando inconvenientes en la
carga del archivo.
Cuando se agrega una altura elipsoidal los desplazamientos son calculados
erróneamente, entre más grande es la altura mayor es la distorsión por eso se debe
dejar en 0 la altura para que calcule bien los desplazamientos.
5.2. Métodos y formulas empleadas
5.2.1. Cálculos módulo de cálculo de velocidades
Distancia inversa ponderada
Para interpolar las velocidades entre los cuadrantes de utiliza el método del IDW (Distancia
Inversa Ponderada) en este método la calidad del resultado de interpolación puede disminuir
si la distribución de los puntos de datos de la muestra es desigual al presentarse los valores
6
en una grilla se puede ajustar la ecuación con los cuadrantes permitiendo una distribución
homogénea.
La distancia inversa pondera se rige por la siguiente ecuación la cual debe ser aplicada dos
veces para hallar las velocidades norte-sur y las velocidades este –oeste.
Ecuación 1 IDW
V𝑁 =∑
𝑉𝑖
𝑑𝑖
𝑛𝑖=1
∑1𝑑𝑖
𝑛𝑖=1
𝑉𝐸 =∑
𝑉𝑖
𝑑𝑖
𝑛𝑖=1
∑1𝑑𝑖
𝑛𝑖=1
Donde:
VN: Es la Velocidad norte o sur resultante de la interpolación.
VE: Es la Velocidad este u oeste resultante de la interpolación.
Vi: Es la Velocidad conocida de la cuadricula.
di: Es la distancia geodésica entre los puntos.
El segundo procedimiento el cual se debe realizar es el cálculo de la distancia elipsoidal
entres las coordenadas las cuales deseamos saber el punto (φ0, λ0) y la coordenada del punto
más un segundo en la longitud y con la misma latitud (φ0, λ1) como se aprecia en la ecuación
2.
Ecuación 2 longitud + 1s
λ1 = λ0 + 1
3600
λ1: Es la longitud más un segundo.
λ0: Es la longitud del punto.
7
El tercer procedimiento es convertir los valores del desplazamiento de una distancia a grados
con las siguientes ecuaciones:
Ecuación 3 conversión velocidad norte sur a grados
𝑉𝑁𝑔 = ((
𝑉𝑁
𝑑)
3600)
VNg: Es el desplazamiento Norte-Sur en grados.
VN: Es la Velocidad norte o sur del punto.
d: Es la distancia de un segundo.
Ecuación 4 conversión velocidad este oeste a grados
𝑉𝐸𝑔 = ((
𝑉𝐸
(𝑑 × 𝑐𝑜𝑠 𝜑0))
3600)
VEg: Es el desplazamiento Este-Oeste en grados.
VE: Es la Velocidad este u oeste del punto.
d: Es la distancia de un segundo.
φ0: Es la latitud del punto.
El cuarto procedimiento es hallar las coordenadas (φ2, λ2) del punto dentro de un año. Para
lograr esto se suman los valores de desplazamiento en grados a la latitud y longitud del punto.
Ecuación 5 latitud dentro de un año
𝜑2 = 𝜑0 + V𝑁𝑔
Ecuación 6 longitud dentro de un año
𝜆2 = 𝜆0 + 𝑉𝐸𝑔
8
φ2: Es la latitud esperada dentro de un año del punto.
λ2: Es la longitud esperada dentro de un año del punto.
VNg: Es el desplazamiento Norte-Sur en grados.
VEg: Es el desplazamiento Este-Oeste en grados.
Finalmente se convierte de longitud y latitud a X, Y, Z. se restan las coordenadas finales a
las iniciales y se obtiene como resultado las velocidades de desplazamiento por año para X,
Y, Z.
Ecuación 7 longitud y latitud inicial convertidas a geocéntricas
(𝜑0, 𝜆0) = (𝑋0, 𝑌0, 𝑍0)
Ecuación 8 longitud y latitud dentro de un año convertidas a geocéntricas
(𝜑2, 𝜆2) = (𝑋2, 𝑌2, 𝑍2)
Ecuación 9 obtención de velocidades x,y,z
𝑉𝑥 = 𝑋2 − 𝑋0
𝑉𝑦 = 𝑌2 − 𝑌0
𝑉𝑧 = 𝑍2 − 𝑍0
Vx: Es la velocidad en X por año.
Vy: Es la velocidad en Y por año.
Vz: Es la velocidad en Z por año.
9
5.2.2. Cálculos módulo de cambio de época
La metodología para el cambio de época está contenida el documento aspectos prácticos de
la adopción del marco geocéntrico nacional de referencia magna -sirgas como datum oficial
de Colombia. anexo IV: Procesamiento de información GPS considerando la variación de las
coordenadas en el tiempo (velocidades) por efectos geodinámicas. La única diferencia es la
cantidad decimales utilizados para el cálculo, el software toma 14 cifras decimales
significativas para ejecutar las operaciones. a continuación, se presenta un listado de
variables y fórmulas que utiliza el software para la obtención de resultados:
Ecuación 10 años decimales
𝑇1 = 𝐴ñ𝑜1 +𝐷𝑖𝑎1
360
𝑇2 = 𝐴ñ𝑜2 +𝐷𝑖𝑎2
360
T1: Es la época inicial.
T2: Es la época final.
Ecuación 11 diferencia de tiempo
∆𝑇 = 𝑇2 − 𝑇1
∆T: Es la diferencia entre las dos épocas.
Ecuación 12 diferencia desplazamiento
∆𝑋 = 𝑉𝑥 × ∆𝑇
∆𝑌 = 𝑉𝑌 × ∆𝑇
∆𝑍 = 𝑉𝑧 × ∆𝑇
10
∆X, ∆Y, ∆Z: Es el desplazamiento ocurrido entre el lapso de tiempo que separa las dos
épocas.
∆T: Es la diferencia entre las dos épocas.
VX, VY, VZ: Es la velocidad en x, y, z por año.
Ecuación 13 X, Y, Z final
𝑋2 = 𝑋1 ± ∆𝑋
𝑌2 = 𝑌1 ± ∆𝑌
𝑍2 = 𝑍1 ± ∆𝑍
X2, Y2, Z2: Son las coordenadas geocéntricas del punto en la época final.
X1, Y1, Z1: Son las coordenadas geocéntricas del punto en la época inicial.
∆X, ∆Y, ∆Z: Es el desplazamiento ocurrido entre el lapso de tiempo que separa las dos
épocas.
5.3. Mejoras del módulo velocidades.
Ilustración 2 submenú
Se eliminó el submenú heredado de magna sirgas pro 2, ya se puede acceder efectivamente
a las opciones del módulo en la parte izquierda de la ilustración 2 se ve la ruta en el magna
sirgas pro 3 y en la parte derecha se ve la ruta en el magna pro 4.
11
5.3.1. Punto individual cálculo de velocidades
El modelo actual de velocidades para SIRGAS (VEMOS2015) fue calculado a partir de
mediciones GNSS (GPS+GLONASS) registradas después de los fuertes terremotos
ocurridos en Chile y México en 2010. (SIRGAS, 2017), este modelo tiene variaciones
significativas con el (VEMOS 2009) en la tabla 1 se evidencia las variaciones tomando como
referencia una latitud de 4 grados y desplazándose por diferentes longitudes.
Tabla 1 comparación vemos 2009 y vemos 2015
En la versión magna sirgas pro 4 se integraron ambos modelos para el cálculo de velocidades
como se evidencia en la ilustración 3 resaltado en el cuadro naranja, se corrigió el error en el
cual las alturas eran alteradas por la inclusión de una altura elipsoidal como se aprecia en los
recuadros de color rojo y finalmente en el recuadro verde se ve como se deshabilita la opción
de este-oeste para solo oeste ya que Colombia no tiene longitudes este.
Latitud Longitud VN_VS VW_VE Latitud Longitud VN_VS VW_VE
4 -78 0.013 0.0073 4 -78 0.0041 0.0079
4 -77 0.0132 0.0054 4 -77 0.0038 0.0068
4 -76 0.0134 0.0044 4 -76 0.0036 0.006
4 -75 0.0143 0.0016 4 -75 0.0034 0.0069
4 -74 0.0124 -0.0021 4 -74 0.003 0.0088
4 -73 0.0108 -0.002 4 -73 0.0006 0.0006
4 -72 0.0117 -0.0015 4 -72 0.0006 0.0006
4 -71 0.0118 -0.0016 4 -71 0.0002 -0.0011
4 -70 0.0114 -0.0023 4 -70 0.0002 -0.0011
4 -69 0.0105 -0.0047 4 -69 0.0003 -0.001
4 -68 0.0095 -0.007 4 -68 0.0005 0.0001
4 -67 0.0108 -0.0048 4 -67 0.0005 -0.0001
4 -66 0.0112 -0.0036 4 -66 0.0005 0.0003
4 -65 0.0115 -0.0031 4 -65 0.0004 -0.0005
4 -64 0.0117 -0.0028 4 -64 0.0006 -0.0006
4 -63 0.0117 -0.0027 4 -63 0.0005 -0.0007
4 -62 0.0116 -0.0025 4 -62 0.0006 -0.0007
4 -61 0.0116 -0.0025 4 -61 0.0002 -0.0005
4 -60 0.0116 -0.0026 4 -60 0.0002 -0.0005
4 -59 0.0115 -0.0029 4 -59 0.0003 -0.0006
4 -58 0.0114 -0.0031 4 -58 0.0003 -0.0005
4 -57 0.0113 -0.0034 4 -57 0.0003 -0.0005
4 -56 0.0112 -0.0035 4 -56 -0.0001 -0.0003
4 -55 0.0113 -0.0035 4 -55 0 -0.0003
4 -54 0.0115 -0.0032 4 -54 -0.0001 -0.0003
4 -53 0.0118 -0.0031 4 -53 -0.0001 -0.0003
4 -52 0.0119 -0.0032 4 -52 0.0001 -0.0003
4 -51 0.0118 -0.0031 4 -51 0 -0.0002
vemos 2009 vemos 2015
12
Ilustración 3 Calculo punto individual
También para los orígenes cartesianos se emplea un nuevo menú de búsqueda que filtra por
departamento, municipio y origen cartesiano disponible. Además, se implementa una nueva
distribución de botones que facilita la interacción con el usuario.
5.3.2. Calculo archivo de puntos
Ilustración 4 calculo archivo de puntos
13
En la ilustración 4 vemos en el recuerdo rojo en la parte derecha de la imagen los nuevos
formatos habilitados para subir los activos de puntos, el recuadro verde muestra los nuevos
separadores de columna y decimales por defecto que son el punto y la coma, debido a que el
separador de espacio en blanco generaba inconvenientes al momento de subir archivos.
Además, se eliminó la obligatoriedad de ingresar una altura ya que la programación no la usa
para el cálculo, también, se dejó el nuevo sistema de búsqueda de origen cartesiano y una
nueva distribución ce los botones en el panel.
5.3.3. Calculo cambio de época punto individual
Ilustración 5 calculo cambio de época punto individual
14
Este módulo tiene habilitado las trasformaciones coordenadas permitiendo gran variedad de
resultados, también viene habilitado con la selección de los dos modelos de velocidades y el
nuevo menú de búsqueda de orígenes cartesianos. Permite ir de una época mayor a una menor
y viceversa, aumenta la presión de la conversión ya que no posee redondeos en el cálculo
solo en la salida visual, pero es una buena aproximación para trabajos topográficos.
5.4. Manual de usuario magna sirgas pro 4
Ilustración 6 manual
El manual contiene la información necesaria y los pasos para la correcta ejecución de los
módulos.
15
6.Cumplimiento de objetivos
Los objetivos propuestos fueron desarrollados a lo largo de las semanas de trabajo, se tiene
sustento en la entrega de pre informes y múltiples reuniones para la socialización de avances,
corrigieron la mayoría de errores presentes en el magna sirgas pro 3 beta y se implementó un
nuevo módulo el cual debe seguir en desarrollo para poder llegar al nivel de poder subir
archivos como se hace en los demás módulos.
Los objetivos alcanzados fuero: evolución del módulo de cálculo de velocidad se
identificaron los errores los cuales posterior mente se corrigieron, se describió los procesos
que realiza el software para el cálculo de la velocidad, se validó la funcionalidad del módulo
de cambio de época para punto individual, se realizaron los informes parciales de avances.
16
7.Conclusiones y recomendaciones
Las versiones de Magna sirgas pro siempre han sido de fácil portabilidad, además, no
depende del acceso a internet ni de un hardware robusto, permitiendo al usuario externo una
disponibilidad permanente, es software que crese con el ritmo de la misión y visión del IGAC,
por eso es un producto que cambiara con el pasar de los años ofreciendo al usuario externo
nuevas ventajas y datos confiables.
Es preciso tener en cuenta que la actividad sísmica altera las proyecciones de las velocidades,
a un no se sabe cómo afectaran las proyecciones los terremotos que sucedieron el 7 de
septiembre de 2017 en Chiapas México, de magnitud 8,2 y en puebla México el 19 de
septiembre, de magnitud 7,1. Suponiendo que no se presente ningún evento sísmico de
importancia para 2019 tendríamos una solución multianual de sirgas-con ya que es preciso
tener intervalos de tomas de datos de mínimo dos años para que los ajustes del modelo sean
factibles.
Posterior a la completa implementación del módulo de cambio de época es necesario la
eliminación del módulo de cálculo de velocidades para evitar errores de redundancia de
información.
Fue gratificante el proceso de la pasantía en la medida de poder aplicar distintos
conocimientos aprendidos a lo largo de la carrera de ingeniería topográfica como la
programación orientada a objetos y elementos de la geodesia, en una dinámica de
autodescubrimiento permitiendo el fortalecimiento y afianzamiento de estos conocimientos
para dejar al servicio del GIT de geodesia los resultados del trabajo realizado en la pasantía.
17
El GIT de geodesia podría considerar la integración de carreras con contenidos temáticos
más fuertes orientados a la programación para realizar trabajo cooperativo con carreras afines
a los propósitos misiónales del IGAC y así aumentar la productividad para obtener mejores
resultados.
18
8.Bibliografía
Claudio Brunini, L. S. (16 de 09 de 2010). El Sistema de Referencia Geoc El Sistema de
Referencia Geocéntrico para las Am ntrico para las Américas. Obtenido de El
Sistema de Referencia Geoc El Sistema de Referencia Geocéntrico para las Am ntrico
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Obtenido de https://www.iers.org/IERS/EN/DataProducts/ITRF/itrf.html
IGAC. (12 de 08 de 2017). Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Obtenido de Instituto
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Sánchez, L. (1 de 09 de 2009). Disponibilidad y difusi Disponibilidad y difusión de los n de
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Soluciones Multianuales de SIRGAS-CON: http://www.sirgas.org/es/sirgas-con-
network/coordinates/multi-year-solutions/
