Aproximación a la Geodesia

Formado en los años 70 en Geodesia, esta milenaria ciencia es muy distinta a la de aquellos años. Hoy, los conceptos han cambiado radicalmente con los que aprendimos en aquellos tiempos.

En días pasados, si bien conocido de referencia,  recién tuve acceso a la lectura del libro: “Geodesy: The Concepts” de Petr Vanicek y Edward Krakiwsky(*),  y descubro que, a pesar de que la segunda edición data del año 1986, los autores plantean un esquema coincidente (diría visionario) con el desenvolvimiento de la geodesia de los últimos años.

El magnífico libro,  de más de 700 páginas, sirve de base para este artículo que rescata el valor de los estudios de geodesia. El presente texto surge de la compilación y  traducción de párrafos claves del libro mencionado y de otros aportes.

El formato del blog no permite extenderse mucho como merece el tema, pero creo que es válido difundir,  a modo de aproximación, sobre esta hermosa especialidad de la ciencias de la tierra  denominada “Geodesia” .

 Aproximación a la Geodesia

Aproximación histórica

Desde que los hombres evolucionaron como criaturas pensantes han estado interesados en aprender sobre el planeta tierra. Varios fenómenos naturales observados alrededor de ella, a menudo por temor o miedo,  fueron  responsables frecuentemente de sus conducta  y han dado lugar a supersticiones, ritos y cultos. Ejemplo de ello son los monumentos de Stonehenge  al sur de Inglaterra, las pirámides egipcias, templos y ciudades de América Central, calendarios, etc. Tales fenómenos están  íntimamente relacionados a menudo al tamaño, forma, y el campo de gravitación de la tierra, y sus cambios. Para entender los fenómenos mencionados se requieren ciertos conocimientos de Geodesia.

Por otro lado, responder a la pregunta: ¿Dónde estoy?, fue una larga epopeya de la humanidad para determinar su posición sobre la tierra; posiblemente esta pregunta sea tan vieja como la humanidad misma. Es indudable que desde que el hombre cobró conciencia de su presencia sobre la Tierra se debe haber cuestionado acerca de su ubicación en  el ámbito territorial en que se desarrolla su vida. (Rodolfo F. Arinci, 2013). Este último problema, junto al estudio de las dimensiones y forma de la tierra y su campo de gravedad anteriormente mencionados constituyen los principales problemas que dan lugar al origen y estudio de la geodesia.

Definiciones de Geodesia

Daremos tres definiciones:

La primera obtenida del libro “Geodesy” de George L. Hosmer, 1930, Wiley and Sons, London :

 La Geodesia es la ciencia que trata las investigaciones de la forma y dimensiones de la superficie de la tierra.

La segunda obtenida del libro “Geodesy” del Brigadier Bomford.

El significado literal de la “Geodesia” es dividir la tierra, y su primer objeto es proveer un marco de referencia geométrico preciso para el control topográfico y otros levantamientos. ….”

La tercera definición corresponde al libro  de Vanicek-Krakiwsky que nos ocupa:

Geodesia es la disciplina que trata con las mediciones y representación de la tierra, incluido su campo de gravedad, en un espacio tridimensional variando en el tiempo.

Las principales funciones de la geodesia

Tres son las funciones principales de la geodesia:

  • Posicionamiento
  • El campo de gravedad de la tierra
  • Las variaciones temporales (en posición, como así también del campo de gravedad)

Posicionamiento: o determinación de la posición, es la determinación de coordenadas , absolutas (con respecto a un sistema de referencia) o relativas (con respecto a otros puntos).

El campo de gravedad de la tierra: Las razones porqué los geodestas estudian la geometría del campo de gravedad de la tierra es hacer posible la transformación de las observaciones geodésicas realizadas en el espacio físico (afectado por la gravedad) a un espacio geométrico en el cual son definidas las posiciones .

Las variaciones temporales (en posición, como así también del campo de gravedad) resultan de las deformaciones de la tierra (y su campo de gravedad) atribuida a un número de causas como ser: las mareas terrestres, cargas de la corteza y re-acomodamientos (rebotes), fuerzas tectónicas, y otros fenómenos.

El problema geodésico

La determinación del tamaño y la forma de la tierra es uno de los principales cuestiones de la geodesia. En geodesia, cuando hablamos de la figura de la tierra la concebimos normalmente como rígida. Las perturbaciones temporales del tamaño y forma son tratados luego separadamente. La primera aproximación de la forma de la tierra es la natural, es decir la superficie física del terreno que pisamos o del fondo del mar. Esta superficie es complicada y , como tal, inconveniente para trabajar con matemáticas. La siguiente superficie que podemos considerar es una interpretación física que llamamos geoide. El geoide es una superficie (equipotencial) más suave que el terreno natural, pero sigue siendo complicada para servir como superficie de cálculo para resolver problemas como el posicionamiento. Mucho mas conveniente , desde un punto de vista matemático, es una superficie elipsoidal. El problema geodésico es relacionar lo que medimos sobre la superficie terreste, con las mediciones realizadas con nuestro instrumental respecto al geoide (superficie equipotencial normal a la vertical) y con la utilización de una superficie esferoidal geométrica conocida (elipsoide en revolución) para realizar nuestros cálculos .

La Geodesia como auxiliar de la Cartografía y el Catastro

Los trabajos pioneros de Snell, Picard (siglo XVII y XVIII), y  dos expediciones francesas  mostraron que las mediciones terrestres geodésicas (ángulos y distancias) eran viables para las cuestiones de posicionamiento relativo. Redes de puntos con posiciones horizontales, conocidas como redes de triangulación, fueron determinados por la medición de ángulos y distancias. Comenzaron en Europa y se difundieron  en todas partes del mundo como soporte a los programas cartográficos y catastrales. En nuestro ámbito conocemos como “geodesia práctica” al estudio de la determinación de puntos en el terreno con coordenadas geodésicas (relativas o globales) planimétricas y altimétricas para el apoyo de los levantamientos cartográficos y catastrales.

La Geodesia en  la era moderna

Los años de mediados del siglo veinte vieron el amanecer de la revolución tecnológica.  Impulsados por el armamento y los requerimientos de defensa de la segunda guerra mundial, la invención de sistemas de radio detección, comúnmente conocido como radar, han tenido un efecto profundo en la filosofía detrás de los aparatos e instrumental geodésicos. Casi al mismo tiempo, aparecen las primeras computadoras electrónicas de uso práctico, abriendo horizontes inimaginables para la matemática numérica del pasado. La introducción de las computadoras, no solo aceleran los cálculos geodésicos, también revolucionan la manera de pensar de los geodestas- Soluciones de cuestiones, previamente fuera del alcance por el volumen de cálculos envueltos, se convirtieron no sólo en factibles, sino incluso, de resolución fácil.

Por centurias, los ángulos horizontales, medibles con muy alta precisión con facilidad, eran preferidos a la medición de distancias. En tiempos cercanos a después de la segunda guerra mundial, aparatos de medición de distancias electromágnéticas suficientemente precisos estuvieron disponibles comercialmente para uso geodésico. Estos instrumentos, que usaron primero luz polarizada, luego ondas de radio y finalmente láser, cambiaron los esquemas del posicionamiento geodésico.

Los precursores del desarrollo de métodos extraterrestres fueron los primeros experimentos de radio-astronomía. Ellos culminaron en el descubrimiento de pulsares y cuásares. Estos objetos de radio distantes nuevos, emiten señales con altas frecuencias muy estables y son usados en desarrollar técnicas rápidas de radio-interferometría de uso en geodesia.

El lanzamiento de los primeros satélites artificiales fue otro paso gigante para la Geodesia. Por primera vez los geodestas pueden usar objetos extraterrestres, pasivos o activos, para posicionamiento preciso de puntos donde la intervisibilidad entre ellos no es una limitación. La baja altitud de los satélites ofrecen la oportunidad de estudiar la geometría del campo de gravedad por medición directa de observaciones de satélite (movimiento) en respuesta al campo de gravedad real. Los satélites también abren la posibilidad de un nuevo proyecto para la Geodesia: la cartografía del campo de la gravedad arriba de la tierra para predecir las órbitas de los satélites. Una vez más, los mayores usuarios para este tipo de información fueron los militares que necesitaban conocer la geometría del campo de gravedad para calcular la trayectoria de misiles.

Otro resultado escindido (spin-off) de los programas espaciales son los sistemas inerciales de navegación y posicionamiento. Estos sistemas tecnológicamente complejos han sido posibles por vastos mejoramientos en la precisión de los sensores de aceleración y dispositivos seguidores de dirección. El desarrollo espectacular de la microelectrónica es probablemente el más importante y singular contribuyente a ello.

La creciente facilidad y precisión con los que los geodestas pueden determinar la posición, así como los parámetros del campo de gravedad, llevan a nuevas aplicaciones, pero también a nuevos problemas. Rápidamente, efectos que siempre se habían considerado insignificantes de partida, aparecen y los ruidos que esos efectos causan, ahora deben ser tomados en cuenta. “El ruido de un hombre pasa a ser señal de las investigaciones de otro hombre … ¨, otras disciplinas comienzan a estar interesadas en las técnicas geodésicas, como también de sus resultados, para estudiar fenómenos relativos a sus campos de estudio. Un primer ejemplo de tales relaciones simbióticas son aquellas de la geodesia con la geofísica, las ciencias del espacio, la astronomía y la oceanografía.

La relación con la geofísica ha sido particularmente fructífera por otro hecho: a finales de 1960 la hipótesis de la tectónica de placas finalmente gana aceptación universal. En algunas partes del mundo la variación relativa del movimiento de placas es muy rápida pero es detectable por las medidas geodésicas.  La geodesia entonces, comienza a ser el principal proveedor de información geométrica de esos movimientos. Este desarrollo exitoso de la geodesia en las investigaciones tectónicas da lugar a otras fuertes aplicaciones de las tecnicas geodésicas en otras ramas de la geodinámica.

Los últimos desarrollos importantes de la geodesia que deben ser mencionados son concernientes al mar. La expansión en el ambiente marino, caracterizado por la exploración de los recursos del fondo marino, presentan una nueva cuestión para los geodestas: la posición de objetos estacionarios como así también de móviles en el mar. Parte del role que los geodestas juegan en el ambiente marino es ayudar a satisfacer la demanda  de crecimiento sostenido para la navegación marina.

No se puede soslayar mencionar el GPS (Global Positioning Systems) como tecnología principal del posicionamiento y de la geodesia de estos últimos tiempos. Una tecnología desarrollada hace apenas tres décadas, que nos permite determinar en todo momento y en forma instantánea nuestra ubicación en el espacio y en el tiempo (Arinci, 2013)

Esta es la rejuvenecida Geodesia, adquiriendo nuevas dimensiones, frente a nuevas cuestiones y proveyendo nuevas técnicas y herramientas.

Aplicaciones de la Geodesia

Antes de examinar las aplicaciones de la geodesia, es necesario aclarar la relación entre la geodesia y la agrimensura (surveying): en muchas lenguas, no hay real distinción entre las dos. En nuestro punto de vista la agrimensura (surveying) es la práctica del posicionamiento, y la geodesia es la fundación teórica de la agrimensura (ver nota aclaratoria al final).

Por centurias, el role de la geodesia fue servir principalmente a la cartografía. Había una reducción de la geodesia a determinar los puntos de control de los levantamientos.

Las aplicaciones de la geodesia en otras áreas vinculadas son:

Cartografía: Es bien entendido que hay una necesidad de una red de puntos en la superficie apropiadamente distribuidos  (control geodésico) de  posiciones horizontales y verticales conocidas para la producción de mapas en el rango de mapas de escala pequeñas de un país hasta mapas de escala grande usados a nivel municipal.

Gestión urbana: En el ambiente urbano, la ubicación de las creaciones del hombre, tal como construcciones subterráneas deben ser definidas y documentadas para futura referencia.

Proyectos de ingeniería: Durante la construcción de grandes estructuras, tales como puentes, presas y fábricas es necesario vincular los componentes de estas estructuras en ubicaciones predeterminadas. Para este propósito, un sistema de coordenadas debe ser preestablecido y materializado en el terreno. También es necesario conocer el movimiento del terreno y los niveles de agua antes de, durante y después de la construcción. En casos especiales como presas, túneles para conducción de agua, proyectos de irrigación es necesario conocer la exacta forma de las superficies equipontenciales del campo de gravedad.

Demarcación de límites: La definición rigurosa de límites nacionales, provinciales o estatales, es de importancia administrativa y política. También recientemente, la ubicación rápida y exacta  de concesiones de petróleo y gas.

Ecología:  Es reconocido en los últimos años la necesidad de estudios de los efectos de las acciones humanas en el ambiente. Uno de los efectos es el movimiento de la tierra causado por la extracción de los recursos soterrados o la disposición de basura. La detección y el monitoreo de estos movimientos es un problema geodésico.

Manejo del medio ambiente: Es reconocido que el establecimiento de bancos de datos ambientales sirve como sistemas de información integrados para el transporte, el uso del suelo, servicios comunitarios y sociales, titulación de tierras, datos de imposición (fiscalización) de datos impositivos,  y estadísticas de población. La información , basada en parcelas, necesitan ser ubicadas y son únicamente definidas en términos de coordenadas. Nuevamente, esto es posible por medio de la determinación de coordenadas de puntos en el terreno referidas una red geodésica de referencia.

Geografía: Toda la información posicional necesaria en geografía es provista por la geodesia. Es lógico pensar que la precisión posicional o la información geométrica usados por los geógrafos es generalmente menor que las necesidades de los campos anteriores, pero esta información tiene un carácter global que solamente la geodesia puede satisfacer.

Planetología: Puede argumentarse que la planetología es parte de la astronomía o de la geofísica. Pero la planetología usa métodos para sus estudios de geometría, campos de gravedad, y deformación de los planetas que son idénticos a los métodos terrestres usados en geodesia. En la práctica todos los conocimientos geodésicos son aplicables en la planetología.

Hidrografía: Algunos consideran este campo como parte de la oceanografía, mientras otros la consideran como una rama especial (marina) de los levantamientos topográficos. En ambos casos tiene una especial relación con la geodesia. La hidrografía puede ser entendida como la práctica del posicionamiento en el mar, combinado con las sondas de captura de la profundidad, y por tanto, aplican muchos métodos geodésicos.

La profesión de geodesta

Las personas que trabajan en Geodesia puede categorizarse como:

  • Científicos
  • Ingenieros
  • Técnicos
  • Auxiliares

Estas categorías dependen de la educación o de la experiencia, o de ambas. Los científicos típicamente tienen un postgrado de una universidad especializada. Un ingeniero es un profesional que hace de puente entre la teoría (ciencia) y la técnica. El ingeniero geodesta debe ser capaz de diseñar y supervisar la colección, el análisis de datos, y resolver problemas prácticos de naturaleza teórica. Un técnico idealmente tiene un diploma de una escuela tecnológica secundaria o terciaria. Se espera de un técnico habilidades para el manejo de varios tipos de colección de datos

El agrimensor y la Geodesia

La Geodesia es la fundación teórica de las mediciones de agrimensura (surveying). En términos prácticos un agrimensor necesita conocer sobre geodesia, de la misma manera que un ingeniero electricista necesita conocer de electricidad o un ingeniero químico de Química, o un ingeniero mecánico de Mecánica. La falta de un componente geodésico en la formación educativa de un agrimensor reduce al profesional  de la Agrimensura a un técnico.

Bibliografía:

“Geodesy” de George L. Hosmer, 1930, Wiley and Sons, London.

(*) “Geodesy: The Concepts”, Petr Vanicek y Edward Krakiwsky, Elsevier Science Publishers, Holanda,1986. Importante libro conocido por los geodestas, no siempre asequible en nuestras latitudes.

¿Dónde estoy? del gnomon al GPS. La larga epopeya de la humanidad para determinar su posición sobre la Tierra, Rodolfo F. Arinci, 2013. Edición personal limitada a 50 ejemplares numerados.

“Geodesy” del Brigadier Bomford, cuarta edición, Oxford University Press, 1966, London.

Nota:

Si bien traducimos “surveying” como “agrimensura”, no es correcto hacerlo de esa manera en todos los casos. La palabra inglesa corresponde traducirla como “levantamiento”. La profesión que se ocupa de realizar levantamientos geodésicos y topográficos en argentina se corresponde con la de agrimensura. Aclaramos que la profesión de agrimensura no se ocupa solamente de hacer levantamientos, incluye  además;  estudios de derechos territoriales, entre otros tópicos. En otros países hispano-americanos entendemos que  la tarea de levantamientos se corresponde con la profesión de ingeniero topógrafo, ingeniero cartógrafo,  geomensor y/o ingeniero geodesta.

En nuestro ámbito distinguimos dos tipos de levantamientos; los levantamientos topográficos y los levantamientos geodésicos. La diferencia entre uno u otro radica en la consideración de la tierra como plana o esférica.  La topografía se ocupa del primer dominio. En algunos países se habla indistintamente de levantamientos geodésicos para referirse a levantamientos geodésicos o topográficos.

Categorías: Agrimensura, Geodesia, Sin categoria

Autor:José María Ciampagna -

profesor, agrimensor, ingeniero, aficionado a la fotografía, escribidor, informático, blogero, aspirante a cocinero y otras yerbas .....

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One Comment en “Aproximación a la Geodesia”

  1. solesouto
    31 marzo, 2015 a 12:51 #

    Excelente relato sobre un tema tan profundo y extenso, que abarca desde la definición del problema geodésico hasta la simbiosis Geodesia-Agrimensura, y fundamental con claridad y sencillez. Mis felicitaciones!

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