IECA / Junta de Andalucía

La Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) es un servicio público y gratuito de posicionamiento por satélite con precisión centimétrica ofrecido por el Instituto de Estadística y Cartografía de Andalucía.

La RAP establece un marco de referencia geodésico activo en ETRS89 que sustituye a las tradicionales redes geodésicas basadas en vértices fijos. Las coordenadas de las estaciones que forman la red varían con el paso del tiempo debido a que éstas presentan movimientos resultado de los desplazamientos de las placas tectónicas que forman la corteza terrestre. La tecnología GNSS permite determinar la velocidad de estos desplazamientos y conocer el movimiento de este marco en sus tres dimensiones.

Seguimiento de las placas téctónicas a nivel mundial con sistema GNSS

Antecedentes

El diseño de la Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) se proyectó a lo largo del 2004 por el entonces Instituto de Cartografía de Andalucía y con el asesoramiento técnico del Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía de la Universidad de Cádiz. La primera estación UCA1, instalada en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Cádiz, entró en funcionamiento en enero de 2005. En septiembre de 2006 la RAP inició su actividad con 22 estaciones distribuidas homogéneamente conectadas a un centro de control.

Red Andaluza de Posicionamiento

En un primer momento la red se diseñó con dos tipos de estaciones, de primer y segundo nivel. Las diferencias radicaban en la localización y disponibilidad de un mayor número de accesorios. Las nueve estaciones de primer nivel se instalaron en las capitales de provincia y Algeciras, con lo que se daba servicio a un gran volumen de población y permitía un correcto seguimiento del Estrecho de Gibraltar. Las restantes antenas se distribuyeron de tal manera que la distancia entre estaciones fuera inferior a 70 km o que se pudieran ubicar en un edificio de la Junta de Andalucía. En cuanto a las comunicaciones entre las estaciones y el centro de control se priorizó el uso de la Red Corporativa de la Junta de Andalucía.

Es importante señalar la gran colaboración prestada por los distintos y sucesivos responsables de los organismos en cuyos edificios se instalaron las antenas. Así, se pudo contar con Institutos de Enseñanza Secundaria, Hospitales y Universidades.

En el año 2007 comenzó a funcionar el portal web de la RAP desde el que se ofrecían los servicios de descarga de ficheros RINEX, documentación técnica y las noticias sobre el estado de la propia red.

Primer portal de la RAP

Estado actual y su funcionamiento

A lo largo de estos años se han ido mejorando y actualizando las estaciones y el centro de control. Actualmente todas las estaciones tienen instaladas el mismo tipo de antena, y los mismos accesorios y las versiones de software instaladas son las más modernas.

Junto con la mejora de la propia Red, en estos últimos años se ha llevado a cabo una labor de comunicación y cooperación con otras redes. Así, en el año 2017 se firmó un convenio de colaboración con el Instituto Geográfico Nacional con el fin de lograr una mayor eficiencia y eficacia en la gestión de los recursos. En ese mismo año, el Instituto de Estadística y Cartografía de Andalucía (IECA) se convirtió en centro operacional de EUREF y se incorporaron las antenas a la Red Europea de Densificación.

Red permanente GNSS

La RAP está formada por el centro de control, 22 estaciones y la red de comunicaciones. En el centro de control se concentran todas las tareas de administración y configuración de las estaciones así como la generación de los distintos productos para uso público. En él se realizan las tareas de gestión de la red, el control geodésico y de calidad de la red, y el control de calidad de los datos. Está ubicado en el IECA y desde él se tiene acceso remoto a las estaciones para poder modificar, mejorar o actualizar el software de las mismas.

Estaciones de El Ejido y Calar Alto

Actualmente las 22 estaciones capturan las constelaciones GPS, GLONASS y GALILEO, lo que permite a los usuarios disponer de las ventajas que ofrecen los equipos GPS multiconstelación. Adicionalmente, se han incorporado 13 estaciones de la Red ERGNSS situadas en Andalucía y en comunidades autónomas limítrofes, pasando por tanto de 22 a 35 el número de estaciones con las que ofrecer datos de posicionamiento en tiempo real. Esta mejora se traduce de forma directa en un incremento sustancial en el área de cobertura de las correcciones diferenciales de solución de red.

Constelación GALILEO, satélites GPS y GLONASS

Servicios y datos ofrecidos

Para obtener un posicionamiento preciso, los usuarios pueden acceder gratuitamente a los servicios de correcciones diferenciales o descargarse los archivos RINEX.

Métodos de posicionamiento GNSS

a) Servicios para cálculo en post-proceso.

La RAP dispone de un servicio web para la descarga de ficheros RINEX. Este es un servicio de acceso a los datos de las observaciones de cada una de las 22 estaciones de la red RAP en formato RINEX. Para acceder a estos ficheros hay que conectarse a la página Web de la RAP con el fin de obtener un usuario.

En caso de fallar la conexión a las estaciones, éstas disponen de un servicio de copia de seguridad hasta que la conexión es restaurada.

Cada hora se descargan los datos y son almacenados en el centro de control donde se generan los distintos productos ya sea para publicarlos en Internet o como copia de seguridad. Se almacenan los datos brutos y una vez generados los RINEX correctamente, se borran.

Las soluciones diarias se combinan produciendo una solución semanal.

En el centro de control se generan los siguientes productos:

• 1H 1seg: archivos RINEX de 1 hora con registros cada segundo que contiene el archivo de observaciones y el archivo de efemérides transmitidas comprimidos en un único archivo en formato ZIP. En los archivos de observación se registran los observables C1 (pseudodistancia a partir del código C/A de la L1), L1 (fase de la portadora L1), P2 (pseudodistancia a partir del código P de la L2), L2 (fase de la portadora L2) y C2 (Observable de código estándar en L2).
• 24h_30seg: fichero análogo al anterior pero con archivos RINEX de 24 horas con registros cada 30 segundos. Actualmente todas las estaciones producen archivos RINEX v2 y los nuevos archivos de observación de la versión 3 que permiten explotar al máximo las capacidades de la RAP al incluir los datos de la constelación GALILEO.

b) Correcciones en tiempo real.

Las correcciones diferenciales en tiempo real se emiten a través de internet utilizando el formato estándar RTCM vía NTRIP. Para ello, los usuarios deben registrarse en el servidor. Las correcciones diferenciales pueden hacerse desde estaciones puntuales o estar basadas en soluciones de red que integra los datos de todos los receptores de la red y proporciona una corrección diferencial óptima de forma automática dentro de la zona de cobertura de ésta.

Este servicio denominado RAP-IP consiste en la transmisión vía Internet de correcciones de código y fase, además de un modelo ionosférico, troposférico y de efemérides más precisas (solución de red) y para ello el usuario se conecta al servidor del centro de control.

Aseguramiento de la calidad

Para asegurar el correcto funcionamiento de la red y garantizar los niveles de calidad de los productos distribuidos, se ha diseñado un proceso de aseguramiento de la calidad. En consecuencia, se realizan controles de calidad de las estaciones (incluyendo el control comparativo entre estaciones), de los datos y geodésicos.

Se fundamentan en los estándares requeridos por las redes internacionales EUREF e IGS.

a) Control de calidad sobre la ubicación y entorno de las estaciones.

En la recepción de la señal tiene una importancia esencial la localización de la estación tanto en la ubicación en sí como en el entorno circundante. Así, el análisis de la bondad de ciertos parámetros manifiesta la idoneidad de la ubicación elegida y del entorno de la misma por lo que en la elección de la ubicación de las estaciones se deben tener en cuenta los siguientes factores:

• Obstaculización del horizonte: Se considera un horizonte despejado cuando no existen obstáculos por debajo de los 10º de elevación por lo que se han seleccionado emplazamientos en los que la obstrucción sea la menor posible por encima de los 10º sobre el horizonte.

Estación de Algeciras: obstaculización del horizonte

• Efecto multipath o multicamino: Es el efecto producido por la componente reflejada de la señal antes de llegar a la antena receptora. En algunos casos la señal no llega a la antena directamente desde el satélite GPS, sino que llega rebotada de algún elemento cercano como paredes o la propia superficie sobre la que se sitúa la antena, con lo que el camino recorrido por la señal es mayor a la distancia real entre el satélite y la antena.
• Potencia de la señal recibida: Es la intensidad con la que se recibe la señal de los satélites. Este valor no aparece en los archivos RINEX de observaciones; se vincula a la relación señal/ruido.
• Relación señal/ruido (Signal to Noise Ratio, SNR o S/N): Es el margen que hay entre el nivel de referencia de la señal (información significativa) y el ruido de fondo de un determinado sistema. Se mide en decibelios (dB). Este parámetro es independiente para las dos frecuencias L1 y L2 y permite valorar el nivel de interferencia en las señales recibidas.

Estación de Aracena: relación señal/ruido

• Número de observaciones obtenidas frente a las previstas: Se calcula a partir de la estimación del tiempo que se observa cada satélite desde cada estación, calculado según efemérides transmitidas.
• Estabilidad de la posición de navegación: Se estudia la variación en la posición de navegación que se va calculando cada segundo. Esta posición se obtiene a partir del código C/A de la señal GPS.

Estaciones de Cabra y Cazalla: estabilidad de la posición de navegación

b) Control de calidad de los datos.

La calidad de los datos se analiza continuamente, comparando con los datos obtenidos para otras estaciones cuya calidad está contrastada, como las pertenecientes a la red Europea EUREF (European Reference Frame) o a la red global del IGS (Internacional GNSS Service, servicio internacional de sistemas de navegación global por satélite) con cuyos datos se calculan las efemérides precisas entre otros productos.

En el control de calidad se evalúan los siguientes parámetros:

• El número de observaciones obtenidas frente a las previstas. Según el IGS, para cada estación permanente con el horizonte despejado, el número normal de observaciones esperadas debería ser alrededor de las 20.000 al día, si se registran cada 30 segundos.

Estación de Córdoba: número de observaciones obtenidas frente a las previstas

• El error cuadrático medio del efecto multipath, tanto en la señal L1 como en la señal L2 y el número de saltos de ciclo por observaciones obtenidas. Como en cada época de observación se obtiene un valor distinto, se recurre a la media de 50 puntos tomados de manera aleatoria.

El parámetro para evaluar el número de saltos de ciclos existentes por observaciones efectuadas, viene dado por: S/O = Pérdida de ciclox1000/Observaciones total.

Donde el número total de observaciones corresponde a las realizadas por encima de los 10º al igual que las pérdidas de ciclo. Esta cantidad representa el tanto por mil de pérdidas de ciclo frente al número total de observaciones.

Una vez obtenidos los parámetros de calidad para los datos de las estaciones, se realiza una comparación de los resultados obtenidos para cada estación, con el resto de las estaciones y se obtienen las gráficas de media y desviación estándar de los valores de calidad en el periodo establecido.

c) Control de calidad geodésico.

El control de calidad geodésico se realiza diferenciando dos componentes, el control geodésico relativo y el control geodésico absoluto de las estaciones:

• El control geodésico relativo, en el que se estudia la serie temporal de los residuos de las coordenadas obtenidas de cada estación tras un procesado y ajuste semanal de los datos RINEX de las mismas. Estos residuos representan la dispersión de las coordenadas con respecto al ajuste obtenido tras analizar la tendencia y periodicidad de la serie temporal de las coordenadas ajustadas y referidas al marco de referencia ITRF vigente.
• El control geodésico absoluto se realiza analizando las series temporales de las coordenadas obtenidas para las estaciones de control de la red RAP que pertenecen a la red EUREF. Se estudian las diferencias entre las coordenadas semanales ajustadas obtenidas según la estrategia de procesado utilizada para las estaciones de la red RAP y las coordenadas semanales ajustadas obtenidas por la red EUREF para esas mismas estaciones.

Semanalmente se realiza el cálculo y ajuste de las coordenadas de las estaciones de la red RAP, este ajuste proporciona unas coordenadas precisas para las estaciones, referidas al marco de referencia oficial en Europa (ETRF), obteniendo las coordenadas cartesianas ETRS89.

Solución semanal para las antenas de la RAP

Estación de Cabra: serie temporal