Sistemas de Coordenadas de Referencia

Jairo Eduardo Vargas
Sistemas de Coordenadas de Referencia CRS – III Seminario Geomática SCI
0
jevargase@udistrital.edu.co
Sistemas de Coordenadas de Referencia CRS
Aplicaciones en Georeferenciación
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
III Seminario de Geomática
Sociedad Colombiana de Ingenieros
29.10.2010
Jairo Eduardo Vargas Echavarría

1
Objetivo
•Redefinir y aclarar los conceptos básicos de los
sistemas de Coordenadas de referencia CRS.
•Preparar los elementos conceptuales para el
entendimiento de la Normativa ISO 19111 CTN 028
•Presentación de algunas de las tendencias en el
Manejo de la Información de los CRS

2
Contenido
1. Definiciones
•Sistemas de Coordenadas de Referencia CRS
•Datum
2. Estándares y especificaciones
•Estándar ISO 19111 CRS
•Especificación ESRI/ArcGIS
3. Operaciones espaciales entre CRS
•Transformación
•Conversión
•Concatenación
4. Aplicaciones y manejo de CRS
2

3
CRS
Definiciones
3

Sistemas de Coordenadas:
Los sistemas de coordenadas comprenden el
conjunto de reglas para la determinación de
Coordenadas conjunto de valores (numéricos)
que definen la posición en un sistema.
Para los profesionales de las ciencias de la
tierra un sistema de coordenadas es una forma
matemática de representar el espacio físico
para describirlo y simularlo.
4

Sistemas de Coordenadas
1-2
Matemáticamente
Cartesianas 2D Cartesianas 3D
Espacio Plano
Cilíndricas Esféricas Elipsoidales
Espacio Curvo
5

ISO Comité técnico 211
Información Geográfica/ Geomática, brinda los elementos
conceptuales y metodológicos para el manejo de la
información espacial, entre otras tareas el comité técnico
211, ha generado estándares y normativa aplicable para:
•Características de acceso a la información geográfica
•Sistemas de Referencia y Coordenadas
•Esquemas espacio temporales
•Localización Basada en Servicios LBS
•Metadatos
•Servicios de mapas en la Web
•imágenes de satélite
6

ISO 19111
Referenciación espacial por coordenadas
Esta Norma Internacional define el esquema conceptual
para la descripción de la referenciación espacial por
coordenadas.
Describe el mínimo de datos necesarios para definir
Sistemas de Coordenadas de Referencia (Coordinate
Reference Systems, CRS) 2D-3D
También proporciona la descripción de las operaciones
entre CRS
7

Sistemas de Coordenadas de Referencia CRS
Sistemas de Coordenadas (concepto matemático)
referidos o ligados a la tierra, mediante un elemento
llamado datum
Sistema de Coordenadas
Datum
―Superficie Terrestre‖
8

9
Datum

Datum (ISO 19111)
10
Datum: Parámetro o conjunto de parámetros que sirven como
referencia o base para el cálculo de otros parámetros.
NOTA.- Un datum define la posición del origen, la escala y la orientación
de los ejes del sistema de coordenadas.
Datum geodésico: Datum que describe la relación de un sistema de
coordenadas con la Tierra (Asociado a un elipsoide)
Datum para ingeniería; datum local: Datum que describe la relación
de un sistema de coordenadas con una referencia local.
Datum vertical: Datum que describe la relación de las altitudes
relacionadas con la gravedad con la Tierra, casi siempre referidos a
un nivel medio del mar.

Datum (ISO 19111)
Un datum define la posición del origen, la escala y la
orientación de los ejes del sistema de coordenadas.
11
Punto de enganche del SR
Definido Convencionalmente
La ubicación del punto, genera un
desplazamiento del elipsoide asociado.

Z
Y
X
[t0]
ECEF
N,E
∆Y
∆X
∆Z
Punto Datum
F,l
Datum como conjunto de Parámetros que permiten
vincular un Elipsoide Biaxial (2D) respecto a un sistema
de Referencia geocéntrico
En la practica

Datum (Punto)
Ejemplo: Datum Bogotá
Observatorio Astronómico
Datum (Conjunto)
Elipsoide
Parámetros ( 3P, 7P, 10P)
Método
13
Lat: 4º 35’ 56,57‖ N
Long: 74º 04º 51.30‖W
Elipsoide Int Hayford

Sistema de Coordenadas Proyectado
Componente Geográfico
Elipsoide
Latitud Origen
Longitud Origen
Componente Plano
Tipo Proyección
Falso Norte
Falso Este
Factor Escala
Unidades
ZONA
N,E
Punto
Datum
fl

15
CRS
Estándares y Especificaciones
15

16
Estándares y Especificaciones en CRS
ISO 19111
OGP (EPSG) OGC
Tipo Descripción
Geográfico 3D Es un sistema 3D con ejes de Latitud Longitud y altura elipsoidal
Geográfico 2D Es un sistema 2D con ejes de Latitud Longitud
Proyectado Es un sistema de georeferenciación por coordenadas en un sistema
2D definidos por Norte y Este
Vertical Es un Sistema 1D con un eje llamado Altura orthométrica, Elevación
o depresión, se mide en referencia al campo de gravedad local
Compuesto Un sistema de Coordenadas geográfico 2D combinado con uno
Vertical 1D pero que actúan independientemente
Ingeniería Un sistema de referencia en 1D, 2D o 3D que no está basado en los
geográficos ni en verticales, sistemas locales o grillas en 3D para
ingeniería o sísmica

1-3
17
ISO 19111: Sistemas de Coordenadas de Referencia
Datum Sistema de Coordenadas
Sistema de Coordenadas de Referencia CRS
Geodésico Vertical Ingeniería
Cartesiano
Esférico
Elipsoidal
Vertical

1-3
Simple
18
Compuesto
Datum Sistema de Coordenadas
Sistema de Coordenadas de Referencia CRS Simple
Sistema de Coordenadas de
Referencia 1
Sistema de Coordenadas de Referencia CRS Compuesto
Datum 1 Sistema de Coordenadas 1
Sistema de Coordenadas de
Referencia 2 (vertical)
Datum 2 Sistema de Coordenadas 2
ISO 19111: Clasificación de los CRS

19
Especificación ESRI (ArcGIS)
Sistemas de
Coordenadas
Geográfico
Proyectado
Vertical
Especificación ESRI:
Sistemas de Coordenadas -ArcGIS

20
Especificación de ESRI: Coordinate System
Sistema de Coordenadas ArcGIS
SCG
Geográfico
SCP
Proyectado
SCV
Vertical

1-3
Especificación ESRI
SCG Sistema de Coordenadas Geográficos
DATUM
•Elipsoide
•Primer Meridiano
•Unidades
21
GEOGCS["GCS_WGS_1984―
DATUM["D_WGS_1984―
SPHEROID["WGS_1984― 6378137,298.257223563]]
PRIMEM["Greenwich",0],
UNIT["Degree",0.017453292519943295]]

DATUM
•Nombre
•Elipsoide
•Primer Meridiano
•Unidades
22
SCP Sistema de Coordenadas Proyectados
PROJCS["Colombia_West_West_Zone",
GEOGCS["GCS_Bogota",DATUM["D_Bogota―
SPHEROID["International_1924",6378388.0,297.0]]
PRIMEM["Greenwich",0.0]
UNIT["Degree",0.0174532925199433]]
PROJECTION["Transverse_Mercator"]
PARAMETER["False_Easting",1000000.0]
PARAMETER["False_Northing",1000000.0]
PARAMETER["Central_Meridian",-80.08091666666667]
PARAMETER["Scale_Factor",1.0]
PARAMETER["Latitude_Of_Origin",4.599047222222222]
UNIT["Meter",1.0]]
Tipo Proyección:
•Zona
Origen l0, f0
Falso Norte, Falso Este
Factor Escala
Unidades

23
SCV Sistema de Coordenadas Vertical
VERTCS["WGS_1984―
DATUM["D_WGS_1984‖
SPHEROID["WGS_1984",6378137.0,298.257223563]]
PARAMETER["Vertical_Shift",0.0]
PARAMETER["Direction",1.0]
UNIT["Meter",1.0]]

24
Operaciones Espaciales entre CRS
24

1-3
Operaciones entre CRS: Transformación
25
• Una Operación entre dos sistemas de coordenadas de
referencia CRS (geográfico-proyectado) siempre sobre el
mismo datum, involucra el cambio del formato de
coordenadas ejemplo: grados, minutos, segundos a
metros.
Conversión
• Consiste en el traslado de coordenadas entre dos
sistemas de referencia, los cuales tienen asociados
datum diferentes.
Transformación
• Es un procedimiento de conversión y/o transformación
ejecutado secuencialmente para la operación de dos
sistemas de coordenadas de referencia asociadas a dios
datum diferentes.
Concatenación

1-3
Operaciones entre CRS: Transformación
Transformación: Trasladar desde un SCG (Datum) a otro, NO implica
el cambio del formato de coordenadas
(GG MM SS.SSS)
26
SCP1 SCP2
DATUM A DATUM B
Lat, Long, h
N,E
Lat, Long, h
N,E
Transformación
Afinidad Bidimensional
Transformación
Geocéntrica 3P
Molodensky Badekas 3P
Coordinate Frame 7P

1-3
Operaciones entre CRS: Conversión
Conversión: Una Operación entre dos sistemas de coordenadas de
referencia (geográfico-proyectado) siempre sobre el mismo datum,
involucra el cambio del formato
27
SCR P1
DATUM A
Lat, Long, h
N,E
Conversión
Gauss-Kruger ó
Planas Locales
A Geodésicas

Inconvenientes en la Conversión
Factor de Escala: es proporcional a la Elevación (H) de la zona del
proyecto, determina la relación entre la Dist. en Terreno y la Dist. en
el calculada por coordenadas.
28
SCP1
DATUM A
Conversión
Lat, Long, h
N,EA
B
Plano hA
Plano hB
Plano hm
S
Dist Horz
Hm
F Esc =
RM + Hm
RM

1-3
Operaciones entre CRS: Concatenación
Concatenación: Es un procedimiento de conversión y/o
transformación ejecutado secuencialmente entre dos CRS.
29
SCP1 SCP2
DATUM A DATUM B
Lat, Long, h
N,E
Lat, Long, h
N,E
Geocéntrica 3P
Coordinate Frame 7P
Transformación
Conversión
Gauss-Kruger ó
Planas Locales
A Geodésicas
Conversión
Geodésicas a
Gauss-Kruger ó
Planas Locales

Datum en Colombia
30
1940 1990 2005
Cartografía Cartografía
GPS
MAGNA
Cartografía
GPS
Definición del Datum Bogotá
para el desarrollo de la
cartografía
Llegada a Colombia de la
Tecnología GNSS- GPS
Adopción del ITRS
MAGNA-SIRGAS

z
x
y
z
x
y
Datum Bogotá
Z
Y
X
ECEF
Z
Y
X
[t]
ECEF
Z
Y
X
[t0]
ECEF
MAGNA-SIRGAS
Transformación
3P DMA
•Geocéntrica
•Molodensky Stand/abrev
Datum WGS84
Transformación
7P-10P
Similitud
Molodensky-Badekas
No hay Transformación
Actualizar Época a [t0]

Datum vs Origen
32

33
Aplicaciones y manejo de los CRS
33

34
Estándares y Especificaciones en CRS
ISO 19111
OGC
Open Geoespatial
Consorcium
OPEN GIS
Grass
GVSig
WCTS
Web Cordinate
Transformation
Services
EPSG/OGP
Implementaciones

35
OGP: international Association of Oil and Gas Producers
http://www.epsg.org
(1986-2005) EPSG (European Petroleum Survey Group), formado por
especialistas en el campo de la Geodesia, Topografía y Cartografia
adscrito al sector de los hidrocarburos en Europa.
(2005) Organismo científico de la Asociación Internacional de
Productores de Petróleo y Gas, retoma los trabajos del EPSG.
Como Grupo de especialistas diseñó un Dataset (BD) con las
disposiciones de la norma ISO 19111 y compilo los parámetros de los
CRS a nivel mundial.

36
OGP:
international Association of Oil and Gas Producers
http://www.epsg.org

37
DATASET EPSG http://www.epsg.org

38
Aplicaciones en Open GIS y commercial GIS
GVSIG, GRASS, MAPINFO

39
Web Coordinate Transformation Service (WCTS)

40
ISO/FDIS 19111:2002(E) Geographic information — Spatial referencing by coordinates
ANALISIS GEOGRAFICOPS ISSN 0120-8551 Instituto Geográfica o Agustín Codazzi IGAC 2007 Numero 37 1-148/-2007
OGP Surveying and Positioning Guidance Note number 7, part 1 – November 2009
Datums and Map Projections, Illiffe and Lott, Whittles Publishing 2007
ISO 19111-2:2009 Geographic information -- Spatial referencing by coordinates -- Part 2: Extension for parametric values
ISO 19111:2007 Geographic information -- Spatial referencing by coordinates
ISO/TS 19101-2:2008 Geographic information -- Reference model -- Part 2: Imagery
ICONTEC, Instituto Colombiano de normas técnicas y certificación, 2002 NTC 4611 - INFORMACION GEOGRAFICA. METADATO
GEOGRAFICO.
ICONTEC, Instituto Colombiano de normas técnicas y certificación, 2003 NTC 5204 - PRECISION DE REDES GEODESICAS.
ICONTEC, Instituto Colombiano de normas técnicas y certificación, 2003 NTC 5205 - PRECISION DE DATOS ESPACIALES (PDE)
http://portales.puj.edu.co/objetosdeaprendizaje/Online/OA04/Imagenes/Sistemas%20de%20coordenadas/09.jpg
http://www.genciencia.com/quiz-genciencia/quiz-genciencia-distancia-entre-dos-puntos
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Volume_element_spherical_coordinates.JPG
http://www.monlau.es/btecnologico/fisica/magnitudes/mag3.htm
http://www.augi.com/publications/hotnews.asp?page=1241
http://www.rab3d.com/tutorial_started.html
http://opencts.org/guidedwcts.php
Otros Gráficos: Derechos reservados del autor
Referencias:
Fuentes:

41
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