Un datum geodésico o sistema geodésico (también: datum de referencia geodésica , sistema de referencia geodésica , o marco de referencia geodésico , o marco de referencia terrestre ) es una referencia global o marco de referencia para representar de manera inequívoca la posición de ubicaciones en la Tierra por medio de coordenadas geodésicas (y coordenadas verticales relacionadas ) o coordenadas geocéntricas . [1] Los datums [nota 1] son cruciales para cualquier tecnología o técnica basada en la ubicación espacial, incluida la geodesia , la navegación , la topografía , los sistemas de información geográfica , la teledetección y la cartografía . Un datum horizontal se utiliza para medir una posición horizontal , a lo largo de la superficie de la Tierra , en latitud y longitud u otro sistema de coordenadas relacionado. Un datum vertical se utiliza para medir la elevación o profundidad relativa a un origen estándar, como el nivel medio del mar (MSL). Un datum tridimensional permite la expresión de componentes de posición horizontal y vertical en una forma unificada. [2] El concepto puede generalizarse a otros cuerpos celestes como en el caso de los datos planetarios .
Desde la aparición del sistema de posicionamiento global (GPS), el elipsoide y el datum WGS 84 que utiliza han sustituido a la mayoría de los demás en muchas aplicaciones. El WGS 84 está pensado para un uso global, a diferencia de la mayoría de los datums anteriores. Antes del GPS, no había una forma precisa de medir la posición de un lugar que estuviera lejos de los puntos de referencia utilizados en la realización de datums locales, como el Meridiano de Greenwich para la longitud, el Ecuador para la latitud o la costa más cercana para el nivel del mar. Los métodos astronómicos y cronológicos tienen una precisión y exactitud limitadas, especialmente en largas distancias. Incluso el GPS requiere un marco predefinido en el que basar sus mediciones, por lo que el WGS 84 funciona esencialmente como un datum, aunque es diferente en algunos detalles de un datum horizontal o vertical estándar tradicional.
Una especificación de datum estándar (ya sea horizontal, vertical o 3D) consta de varias partes: un modelo de la forma y las dimensiones de la Tierra, como un elipsoide de referencia o un geoide ; un origen en el que el elipsoide/geoide está vinculado a una ubicación conocida (a menudo marcada como monumento) en la Tierra o en el interior de ella (no necesariamente en la latitud 0 y la longitud 0); y múltiples puntos de control o puntos de referencia que se han medido con precisión desde el origen y se han marcado físicamente como monumentos. Luego, las coordenadas de otros lugares se miden desde el punto de control más cercano mediante topografía . Debido a que el elipsoide o el geoide difieren entre los datums, junto con sus orígenes y orientación en el espacio, la relación entre las coordenadas referidas a un datum y las coordenadas referidas a otro datum no está definida y solo se puede aproximar. Usando datums locales, la disparidad en el terreno entre un punto que tiene las mismas coordenadas horizontales en dos datums diferentes podría alcanzar kilómetros si el punto está lejos del origen de uno o ambos datums. Este fenómeno se denomina desplazamiento de datos o, de forma más general, transformación de datos , ya que puede implicar rotación y escala, además de desplazamiento.
Como la Tierra es un elipsoide imperfecto, los datos locales pueden dar una representación más precisa de un área específica de cobertura que el WGS 84. OSGB36 , por ejemplo, es una mejor aproximación al geoide que cubre las Islas Británicas que el elipsoide global WGS 84. [3] Sin embargo, como los beneficios de un sistema global superan la mayor precisión, el datum global WGS 84 ha sido ampliamente adoptado. [4]
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La naturaleza esférica de la Tierra ya era conocida por los antiguos griegos, quienes también desarrollaron los conceptos de latitud y longitud y los primeros métodos astronómicos para medirlos. Estos métodos, preservados y desarrollados por astrónomos musulmanes e indios, fueron suficientes para las exploraciones globales de los siglos XV y XVI.
Sin embargo, los avances científicos de la Ilustración trajeron consigo el reconocimiento de errores en estas mediciones y la demanda de una mayor precisión. Esto condujo a innovaciones tecnológicas como el cronómetro marino de 1735 de John Harrison , pero también a una reconsideración de las suposiciones subyacentes sobre la forma de la Tierra misma. Isaac Newton postuló que la conservación del momento debería hacer que la Tierra fuera achatada (más ancha en el ecuador), mientras que los primeros estudios de Jacques Cassini (1720) lo llevaron a creer que la Tierra era alargada (más ancha en los polos). Las posteriores misiones geodésicas francesas (1735-1739) a Laponia y Perú corroboraron a Newton, pero también descubrieron variaciones en la gravedad que eventualmente conducirían al modelo geoidal .
Un desarrollo contemporáneo fue el uso de la medición trigonométrica para medir con precisión la distancia y la ubicación a lo largo de grandes distancias. A partir de las mediciones de Jacques Cassini (1718) y la medición anglo-francesa (1784-1790) , a fines del siglo XVIII, las redes de control de mediciones cubrían Francia y el Reino Unido . Empresas más ambiciosas, como el Arco Geodético de Struve en Europa del Este (1816-1855) y la Gran Medición Trigonométrica de la India (1802-1871), tomaron mucho más tiempo, pero dieron como resultado estimaciones más precisas de la forma del elipsoide terrestre . La primera triangulación en los Estados Unidos no se completó hasta 1899.
El estudio estadounidense dio como resultado el Datum norteamericano (horizontal) de 1927 (NAD27) y el Datum vertical de 1929 (NAVD29), los primeros datums estándar disponibles para uso público. A esto le siguió la publicación de datums nacionales y regionales durante las siguientes décadas. La mejora de las mediciones, incluido el uso de los primeros satélites , permitió obtener datums más precisos a finales del siglo XX, como el NAD83 en América del Norte, el ETRS89 en Europa y el GDA94 en Australia. En esta época también se desarrollaron por primera vez los datums globales para su uso en sistemas de navegación por satélite , especialmente el Sistema Geodésico Mundial (WGS 84) utilizado en el sistema de posicionamiento global (GPS) estadounidense, y el Sistema y Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF) utilizado en el sistema europeo Galileo .
Un datum horizontal es un modelo utilizado para medir con precisión posiciones en la Tierra; por lo tanto, es un componente crucial de cualquier sistema de referencia espacial o proyección de mapa . Un datum horizontal vincula un elipsoide de referencia específico , un modelo matemático de la forma de la Tierra, a la Tierra física. Por lo tanto, el sistema de coordenadas geográficas en ese elipsoide se puede utilizar para medir la latitud y la longitud de ubicaciones del mundo real. Los datums horizontales regionales, como NAD27 y NAD83 , generalmente crean esta vinculación con una serie de puntos de control geodésicos monumentales físicos de ubicación conocida. Los datums globales, como WGS84 e ITRF , generalmente están vinculados al centro de masa de la Tierra (lo que los hace útiles para rastrear órbitas satelitales y, por lo tanto, para su uso en sistemas de navegación por satélite .
Un punto específico puede tener coordenadas sustancialmente diferentes, dependiendo del datum utilizado para hacer la medición. Por ejemplo, las coordenadas en NAD83 pueden diferir de las de NAD27 en hasta varios cientos de pies. Existen cientos de datums horizontales locales en todo el mundo, generalmente referenciados a algún punto de referencia local conveniente. Los datums contemporáneos, basados en mediciones cada vez más precisas de la forma de la Tierra, están destinados a cubrir áreas más grandes. El datum WGS 84 , que es casi idéntico al datum NAD83 utilizado en América del Norte y al datum ETRS89 utilizado en Europa, es un datum estándar común. [ cita requerida ]
Un datum vertical es una superficie de referencia para posiciones verticales , como las elevaciones de las características de la Tierra, incluido el terreno , la batimetría , el nivel del agua y las estructuras creadas por el hombre.
Una definición aproximada del nivel del mar es el datum WGS 84 , un elipsoide , mientras que una definición más precisa es el Modelo gravitacional terrestre 2008 (EGM2008), que utiliza al menos 2159 armónicos esféricos . Se definen otros datums para otras áreas o en otros momentos; ED50 se definió en 1950 para Europa y difiere del WGS 84 en unos pocos cientos de metros según el lugar de Europa en el que se mire. Marte no tiene océanos y, por lo tanto, no tiene nivel del mar, pero se han utilizado al menos dos datums marcianos para localizar lugares allí.
En coordenadas geodésicas , la superficie de la Tierra se aproxima mediante un elipsoide , y las ubicaciones cercanas a la superficie se describen en términos de latitud geodésica ( ), longitud ( ) y altura elipsoidal ( ). [nota 2]
El elipsoide está completamente parametrizado por el semieje mayor y el aplanamiento .
De y es posible derivar el semieje menor , primera excentricidad y segunda excentricidad del elipsoide
Los dos principales elipsoides de referencia utilizados en todo el mundo son el GRS80 [5] y el WGS 84. [6]
Puede encontrar una lista más completa de sistemas geodésicos aquí.
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) utiliza el Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS 84) para determinar la ubicación de un punto cerca de la superficie de la Tierra.
La diferencia de coordenadas entre los datums se conoce comúnmente como cambio de datum . El cambio de datum entre dos datums particulares puede variar de un lugar a otro dentro de un país o región, y puede ser desde cero hasta cientos de metros (o varios kilómetros para algunas islas remotas). El Polo Norte , el Polo Sur y el Ecuador estarán en diferentes posiciones en diferentes datums, por lo que el Norte verdadero será ligeramente diferente. Diferentes datums utilizan diferentes interpolaciones para la forma y el tamaño precisos de la Tierra ( elipsoides de referencia ). Por ejemplo, en Sydney hay una diferencia de 200 metros (700 pies) entre las coordenadas GPS configuradas en GDA (basadas en el estándar global WGS 84) y AGD (usado para la mayoría de los mapas locales), lo que es un error inaceptablemente grande para algunas aplicaciones, como la topografía o la ubicación del sitio para el buceo . [7]
La conversión de datum es el proceso de convertir las coordenadas de un punto de un sistema de datum a otro. Debido a que las redes de levantamiento en las que tradicionalmente se basaban los datums son irregulares y el error en los primeros levantamientos no se distribuye de manera uniforme, la conversión de datums no se puede realizar utilizando una función paramétrica simple. Por ejemplo, la conversión de NAD27 a NAD83 se realiza utilizando NADCON (mejorado posteriormente como HARN), una cuadrícula ráster que cubre América del Norte, donde el valor de cada celda es la distancia de ajuste promedio para esa área en latitud y longitud. La conversión de datums puede ir acompañada con frecuencia de un cambio de proyección del mapa .
Un datum de referencia geodésico es una superficie conocida y constante que se utiliza para describir la ubicación de puntos desconocidos en la Tierra. Dado que los datums de referencia pueden tener diferentes radios y diferentes puntos centrales, un punto específico en la Tierra puede tener coordenadas sustancialmente diferentes según el datum utilizado para realizar la medición. Existen cientos de datums de referencia desarrollados localmente en todo el mundo, generalmente referenciados a algún punto de referencia local conveniente. Los datums contemporáneos, basados en mediciones cada vez más precisas de la forma de la Tierra, están destinados a cubrir áreas más grandes. Los datums de referencia más comunes en uso en América del Norte son NAD27, NAD83 y WGS 84 .
El Datum norteamericano de 1927 (NAD 27) es "el datum de control horizontal para los Estados Unidos que fue definido por una ubicación y acimut en el esferoide Clarke de 1866, con origen en (la estación topográfica) Meades Ranch (Kansas) ". ... Se asumió que la altura geoidal en Meades Ranch era cero, ya que no se disponía de suficientes datos de gravedad, y esto era necesario para relacionar las mediciones de la superficie con el datum. "Las posiciones geodéticas en el Datum norteamericano de 1927 se derivaron de las (coordenadas y un acimut en Meades Ranch) a través de un reajuste de la triangulación de toda la red en la que se introdujeron los acimutes de Laplace y se utilizó el método Bowie". (http://www.ngs.noaa.gov/faq.shtml#WhatDatum ) NAD27 es un sistema de referencia local que cubre América del Norte.
El Datum de América del Norte de 1983 (NAD 83) es "el datum de control horizontal para los Estados Unidos, Canadá, México y América Central, basado en un origen geocéntrico y el Sistema de Referencia Geodésica de 1980 ( GRS80 ). "Este datum, designado como NAD 83... se basa en el ajuste de 250.000 puntos, incluidas 600 estaciones Doppler satelitales que limitan el sistema a un origen geocéntrico". El NAD83 puede considerarse un sistema de referencia local.
WGS 84 es el Sistema Geodésico Mundial de 1984. Es el marco de referencia utilizado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD) y está definido por la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial (NGA) (anteriormente la Agencia de Cartografía de Defensa, luego la Agencia Nacional de Imágenes y Cartografía). WGS 84 es utilizado por el DoD para todas sus necesidades de cartografía, gráficos, topografía y navegación, incluidas sus órbitas "de transmisión" y "precisas" de GPS . WGS 84 se definió en enero de 1987 utilizando técnicas de topografía satelital Doppler. Se utilizó como marco de referencia para las efemérides (órbitas) de transmisión de GPS a partir del 23 de enero de 1987. A las 0000 GMT del 2 de enero de 1994, WGS 84 se actualizó en precisión utilizando mediciones de GPS. El nombre formal pasó a ser entonces WGS 84 (G730), ya que la fecha de actualización coincidió con el inicio de la Semana GPS 730. Se convirtió en el marco de referencia para las órbitas de difusión el 28 de junio de 1994. A las 0000 GMT del 30 de septiembre de 1996 (el inicio de la Semana GPS 873), WGS 84 se redefinió de nuevo y se alineó más estrechamente con el marco ITRF 94 del Servicio Internacional de Rotación de la Tierra (IERS) . Entonces se llamó formalmente WGS 84 (G873). WGS 84 (G873) se adoptó como marco de referencia para las órbitas de difusión el 29 de enero de 1997. [8] Otra actualización lo llevó a WGS 84 (G1674).
El sistema de referencia WGS 84, que se diferencia en dos metros del sistema de referencia NAD83 utilizado en América del Norte, es el único sistema de referencia mundial vigente en la actualidad. WGS 84 es el sistema de referencia estándar predeterminado para las coordenadas almacenadas en unidades GPS comerciales y recreativas.
Se advierte a los usuarios de GPS que siempre deben comprobar el datum de los mapas que están utilizando. Para introducir, visualizar y almacenar correctamente las coordenadas de los mapas, se debe introducir el datum del mapa en el campo de datum del mapa GPS.
Ejemplos de datos de mapas son:
Las placas tectónicas de la Tierra se mueven unas respecto de otras en diferentes direcciones a velocidades del orden de 50 a 100 mm (2,0 a 3,9 pulgadas) por año. [23] Por lo tanto, las ubicaciones en diferentes placas están en movimiento unas respecto de otras. Por ejemplo, la diferencia longitudinal entre un punto en el ecuador en Uganda, en la placa africana , y un punto en el ecuador en Ecuador, en la placa sudamericana , aumenta alrededor de 0,0014 segundos de arco por año. [ cita requerida ] Estos movimientos tectónicos también afectan la latitud.
Si se utiliza un marco de referencia global (como WGS84 ), las coordenadas de un lugar en la superficie generalmente cambiarán de un año a otro. La mayoría de los mapas, como los de un solo país, no abarcan placas. Para minimizar los cambios de coordenadas en ese caso, se puede utilizar un marco de referencia diferente, uno cuyas coordenadas estén fijadas a esa placa en particular. Algunos ejemplos de estos marcos de referencia son " NAD83 " para América del Norte y " ETRS89 " para Europa.
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