Marco Geodésico SIRGAS: Implementación, Estructura y Evolución de los Sistemas de Referencia en América

SIRGAS: Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas

Objetivos de SIRGAS

• Eliminar la heterogeneidad de sistemas de referencia utilizados hasta ahora (WGS84, SAD).
• Lograr materializar una nueva red geodésica nacional, vinculándola a sistemas de orden geodésico superior a nivel continental y mundial, evitando problemas entre datums de países distintos.
• Densificar la red en cada uno de los países, con un criterio unificado.

Elementos Fundamentales

• Elipsoide: GRS-80.
• Datum: Geocéntrico.
• Referencia Vertical: Establecer un datum vertical unificado.
• Base de Medición: Basado en mediciones con GPS.
• Marco Internacional: Referido al marco internacional ITRF, definido por el Servicio Internacional de Rotación de la Tierra (IERS) en el año 2000.

Diferencia entre SIRGAS y WGS84

Ambos sistemas utilizan los mismos valores en sus elementos geométricos, pero las constantes de estos dos se diferencian en una pequeña variación en el factor dinámico de la deformación. Sin embargo, las diferencias máximas que se producen entre latitudes son de 0,00003”, lo que se entiende como una longitud de arco de 0,1 mm.

SIRGAS en Chile: Estructura de la Red Nacional

La red nacional SIRGAS está constituida por 3 redes fundamentales:

1. Red de Estaciones Fijas (SIRGAS-CON)

   • Permite calcular continuamente coordenadas para apoyar mediciones diferenciales GPS y monitorear el desplazamiento de las placas tectónicas.
   • Está constituida por 15 estaciones GPS de monitoreo continuo, con equipos geodésicos de doble frecuencia.
   • Constituye la base del marco de referencia regional.

2. Red Básica

   • Compuesta por puntos que se utilizan para el cálculo de variaciones periódicas de sus coordenadas a través de la remedición cada 4 años, permitiendo el cálculo de desplazamientos y velocidades.
   • Está constituida por 50 vértices distribuidos uniformemente por todo el territorio nacional.

Proyectos SIRGAS Continentales

Proyecto CAP

Proyecto SAGA

Datums Geodésicos Históricos en Sudamérica

PSAD-56 (Datum Provisional Sudamericano 1956)

SAD-69 (Datum Sudamericano 1969)

Características de los Datums Locales (PSAD-56 y SAD-69)

Ambos datums son:

• Datums locales astronómicos-geodésicos, que solo miden y modelan un geoide local.
• Se realizan mediciones de posicionamiento horizontal tradicional, nivelación geométrica y mediciones geocéntricas y astronómicas.
• Los elipsoides se colocan haciendo paralelos los ejes de rotación y menor del elipsoide, haciendo coincidentes los planos paralelos y ajustándolos al geoide local.
• La altura geoidal en el punto datum es igual a cero.
• Existe deflexión de la vertical en el punto datum.

SIRGAS 2000: Definición y Componentes

SIRGAS 2000 es un sistema de referencia geocéntrico para las Américas (del Sur, Central y USA). Es un sistema geocéntrico (X, Y, Z) con las siguientes características:

• El eje Z coincide con el eje de rotación de la Tierra.
• El plano XY coincide con el plano ecuatorial.
• El plano XZ coincide con el meridiano origen de Greenwich.
• Elipsoide: Geocéntrico GRS-80, adoptado desde el ITRS (Sistema de Referencia Internacional Terrestre), realizado por el ITRF 2000, época 2000.4.
• Satélites: NAVSTAR (24).
• Modelo Geoidal: Modelo geoidal para toda la Tierra, siendo el último el EGM08.

Implementación de SIRGAS en Chile (RGN)

El IGM lo ha establecido en la Red Geodésica Nacional (RGN), siendo el datum oficial en la administración pública (IGM – Ministerios). La RGN tiene:

• 15 estaciones fijas de medición continua.
• Red Básica: Se ocupan 48 horas de mediciones con efemérides precisas cada 4 años (50 vértices).
• Red de Densificación: Cubriendo áreas de 50 km (500 puntos en total).

Nota: Se monitorea el desplazamiento entre datums.

SIRGAS-CON: Red de Operación Continua

SIRGAS-CON está compuesta en la actualidad por cerca de 250 estaciones, de las cuales 48 pertenecen a la red global del IGS. La operabilidad de SIRGAS-CON se fundamenta en la contribución voluntaria de más de 50 entidades latinoamericanas, que han instalado las estaciones y se ocupan de su operación adecuada para, posteriormente, poner a disposición de los centros de análisis la información observada.

Dado que los países latinoamericanos están mejorando sus marcos geodésicos de referencia mediante la instalación de un número mayor de estaciones GNSS de operación continua, y teniendo presente que dichas estaciones deben ser integradas consistentemente en el marco de referencia continental, la red SIRGAS-CON comprende dos niveles de clasificación:

1. SIRGAS-CON-C (Cobertura Continental)

   Densificación primaria del ITRF en Latinoamérica, con estaciones estables y de funcionamiento óptimo, que garantizan consistencia, perdurabilidad y precisión del marco de referencia a través del tiempo. Ver mapa SIRGAS-CON-C

2. SIRGAS-CON-D (Redes de Densificación)

   Incluyen las estaciones de referencia no contenidas en la red continental y proveen el acceso al ITRF a nivel local. Actualmente existen tres redes SIRGAS-CON-D (una norte, una central y una sur), pero el objetivo a mediano plazo es que existan tantas como países miembros de SIRGAS, pues dichas redes equivalen a los marcos nacionales de referencia. Ver mapa SIRGAS-CON-D

Fundamentos Históricos de la Geodesia

Eratóstenes y la Medición de la Circunferencia Terrestre

Eratóstenes (Egipto) realiza la primera medición correcta entre Siena y Alejandría. Asume que ambos lugares están en un mismo meridiano y que Siena estaba en el Trópico de Cáncer. Luego, en un día de solsticio de verano, el sol iluminaría directamente un pozo. Simultáneamente, en Alejandría, la sombra de una vara perfectamente vertical midió 1/50 de la circunferencia terrestre (7º12′).

La distancia entre ambos lugares fue medida en terreno, arrojando 500 millas. Estas mediciones (ángulo y arco) dieron un radio terrestre de 6.267 km. La medición es incorrecta en un 2% (hoy se acepta un radio de 6.371 km).

Errores en la Medición de Eratóstenes:

• Siena y Alejandría no están en el mismo meridiano (Siena está a 3º30′ al este de Alejandría).
• Siena no está en el trópico (está a 37 millas al norte del trópico).
• La distancia real es 453 millas y la diferencia de latitud es de 7º05′.

La Controversia sobre la Forma de la Tierra (Siglo XVII)

Picard realiza las primeras mediciones científicas de arco de meridiano (1º), entregando datos a Newton. Cassini determina que el arco al norte (en zona polar) es más corto, planteando así un elipsoide como un huevo, alargado en los polos (prolato).

Los ingleses Newton y Huygens, mediante demostraciones teóricas de carácter exclusivamente físico, establecen un modelo achatado en los polos (oblato). Se produce así una histórica controversia entre ingleses y franceses que durará casi 40 años.

Organismos Geodésicos Relevantes

Organismos Nacionales (Chile)

• IGM (Instituto Geográfico Militar)
• SAF (Servicio Aerofotogramétrico)
• DIFROL (Dirección de Fronteras y Límites)
• SHOA (Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada)
• SERNAGEOMIN (Servicio Nacional de Geología y Minería)
• CONAG (Comité Nacional de Geodesia)

Organismos Internacionales

• IPGH (Instituto Panamericano de Geografía e Historia)
• IAGS (International Association of Geodesy and Surveying)