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Acerca de WGS 84 e ITRF

10 Jul

WGS 84 es un acrónimo que los usuarios de la tecnología GNSS hacen “uso y abuso” cuando se habla de coordenadas y marcos de referencia. Esto puede verse como algo bastante lógico, ya que su popularidad se debe a que WGS 84 es el marco históricamente ligado al GPS. En este artículo veremos como han evolucionado los marcos de referencia y como está relacionado WGS 84 con ITRF.

El origen de WGS 84, como el GPS vinculado al sector militar estadounidense, se remonta al año 1987 y se basó en observaciones Doppler del Sistema de Navegación por Satélite de la Marina de Estados Unidos conocido bajo el nombre de Transit, que proveía coordenadas con exactitudes a escala global a nivel de 1 metro. Más allá de la popularidad de WGS 84, es importante saber que este marco nunca dispuso de una red de puntos materializados sobre la superficie terrestre, en el sentido de conformar una infraestructura de posicionamiento accesible a los usuarios. En realidad, su realización estuvo acotada a unos pocos sitios utilizados por la National Geospatial-Intelligence Agency (ex National Imagery and Mapping Agency, ex Defense Map Agency) para desplegar el segmento de control del GPS. A continuación se agrega un mapa actualizado del mismo.

Por un camino separado e independiente, el Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia (IERS) establecía hacia fines de la década del 80 el Sistema de Referencia Terrestre Internacional (ITRS) para aplicaciones de alta precisión como la geodinámica, el estudio de las variaciones del nivel del mar, y otros fenómenos que afectan la corteza terrestre. En el año 1988 el IERS produce su primera realización del ITRS conocida como Marco de Referencia Terrestre Internacional o, más brevemente, ITRF. Posteriormente, se consolida una estructura de coordinación y mantenimiento del referido marco a través del Servicio GNSS Internacional a comienzos de la década del 90.

Es así que el ITRF surge como un verdadero paradigma de la Geodesia Global en el que colaboran para su desarrollo y mantenimiento físico y matemático, una gran cantidad de instituciones de la comunidad científica internacional. En la realización del ITRF se utiliza una combinación de varias técnicas geodésicas espaciales, por ejemplo para determinar el origen del marco se utiliza el sistema SLR, por el cual se miden distancias láser a satélites específicos, en tanto que para determinar la escala se combinan los resultados del SLR y el VLBI, siendo este último un sistema de medición de radiofuentes extragalácticas por medio de radiotelescopios. Adicionalmente a dichas técnicas hay que agregar los conocidos Sistema de Posicionamiento Global GPS y su equivalente ruso GLONASS, y DORIS que es un sistema por el cual se mide la variación de distancias desde satélites específicos a balizas orbitográficas.

Como mencionamos en otro artículo, recordamos a los lectores que ITRF incorpora el concepto de la cuarta coordenada: el tiempo. En efecto, ITRF es un marco dinámico y cambia de acuerdo a las variaciones temporales de las coordenadas de la red y sus velocidades debido a los efectos del movimiento de las placas tectónicas, movimiento del polo y otros fenómenos geofísicos como los originados por los terremotos y la actividad volcánica. Este es el motivo principal por el cual ITRF tiene asociada una época de definición, es decir que los valores de coordenadas publicados son válidos para un momento específico de tiempo. Es por ello que existen a la fecha las siguientes realizaciones o versiones, a las que se les adiciona un código de año para identificarlos: ITRF 88, ITRF89, ITRF90, ITRF91, ITRF92, ITRF93, ITRF94, ITRF96, ITRF97, ITRF2000, ITRF2005 e ITRF2008. Por ejemplo, el ITRF2005 constituye una realización del ITRS al 1 de enero de 2005. Cada solución del ITRF está presentada al usuario como un catálogo de coordenadas X, Y, Z (en metros) y de velocidades dX, dY, dZ (en metros por año), junto a una estimación de los errores para cada componente de las coordenadas.

El ITRF es fundamental por varias razones: la primera es que se trata, ni más ni menos, de la capa de referencia más básica para los datos espaciales del planeta Tierra; la segunda es porque -como veremos- su red es lo suficientemente densa como para establecer y desarrollar marcos a escala regional y nacional; y tercero porque este marco es un estándar global para todas las actividades que requieren datos de posición.

A esta altura, cabe señalar que para una gran cantidad de aplicaciones prácticas que incluyen a la cartografía, el catastro y los sistemas de información geográfica, resulta suficiente disponer de un marco con coordenadas fijas. Aquí cabe aclarar que cuando decimos fijas no estamos diciendo coordenadas inmovilizadas para siempre. No obstante ello, lo que en cualquier caso no debe perderse de vista es seguir la máxima de medir tan preciso como sea necesario y no tan preciso como sea posible. Es que la referida necesidad debe estar a tono con la adecuación al uso pretendido.

A diferencia de WGS 84, ITRF dispone de una red suficientemente densa de estaciones a nivel mundial que facilita el acceso al marco de referencia por parte de los usuarios, en la siguiente figura se muestra por hemisferio y por técnica las estaciones que integran la red ITRF2008.

ITRF constituye entonces la red de orden 0 a partir de la cual tienen lugar una sucesión de densificaciones que se realizan básicamente en dos niveles: el primero corresponde a las redes regionales como SIRGAS, y el segundo a las redes nacionales como POSGAR2007. Por ejemplo, esta última red está vinculada a SIRGAS y a través de ésta al marco ITRF05, época 2006.632.

Es decir que cada uno de los niveles toma como puntos fiduciales los de orden superior que dan origen a las redes de orden inferior a efectos de disponer de datos de posición homogéneos y consistentes en todo el planeta. Más allá de las diferencias entre las realizaciones del ITRF (yy) utilizadas y la época de definición en que están expresadas las coordenadas, prácticamente la totalidad de los países de nuestra región ya disponen de un marco de referencia materializado en base al ITRF. Sobre este particular y de manera ilustrativa, los interesados pueden consultar la sección sobre Redes Nacionales en la página de SIRGAS http://www.sirgas.org

Volviendo al WGS 84, y tomando en consideración lo ya apuntado respecto a que ITRF es el estándar global en materia de datos de posición, la National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) ha venido realizando una serie de refinamientos tendientes a alinear WGS 84 con IRTF. Estas realizaciones son marcos que permiten calcular las posiciones orbitales transmitidas (a través del mensaje de navegación difundido por la señal GPS) y precisas, utilizando las coordenadas re-ajustadas de la red de estaciones de control y monitoreo del sistema GPS. Las diferentes versiones de WGS84 indican con la letra G el uso de observaciones GPS más el número de semana GPS correspondiente a cada nueva realización. Tenemos así definidos los siguientes marcos de referencia:

WGS84 (G730) que muestra un acuerdo con ITRF92 en un nivel de aproximación de 10 cm.
WGS84 (G873) que reveló diferencias sistemáticas respecto al ITRF 94 no mayores a 2 cm.
WGS84 (G1150) que fue alineado con ITRF2000 época 1997.0, muestra una diferencia en error medio cuadrático de un centímetro por componente. Para esta realización se han empleado un conjunto de 49 estaciones del IGS como puntos fijos en la solución del marco de referencia.
WGS 84 (G1674) alineado con ITRF2008 con la misma época 2005.0.

Todo ello no hace más que demostrar el continuo esfuerzo en perfeccionar y monitorear la estabilidad del marco WGS 84. Podemos decir entonces que hablar de WGS 84 es equivalente a hacer referencia al ITRF, ya que en la práctica constituyen dos marcos completamente integrados y compatibles.

Fuentes:

Altamimi, Zuheir (2010). “ITRF2008 and the IGS Contribution”. IGS Workshop 2010, Newcastle, UK,

Instituto Geográfico Nacional (IGN) (2013),

NIMA Technical Report TR8350.2, “Department of Defense World Geodetic System 1984, Its Definition and Relationships With Local Geodetic Systems“, Third Edition,

Addendum to NIMA TR 8350.2: “Implementation of the World Geodetic System 1984 (WGS 84) Reference Frame G1150“,

Oficina de las Naciones Unidas para Asuntos del Espacio Ultraterrestre (2013). Plantilla informativa sobre WGS 84

vía Café Geodésico.

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Publicado por en 10 julio, 2013 en Geociencias, Geodesia

 

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