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7.5.1: Introducción - Geociencias

7.5.1: Introducción - Geociencias


Descripción general

Aunque el presidente puede declarar un desastre sin consultar al gobernador oa los funcionarios locales, el papel del gobierno federal es en gran parte consultivo. Son los estados y sus condados, ciudades y gobiernos de varias ciudades los que deben establecer y llevar a cabo políticas con respecto a los terremotos. El USGS puede asesorar al gobernador sobre terremotos y la NOAA puede asesorar sobre tsunamis, pero la llamada final debe ser del gobernador y de los funcionarios electos locales.

Este capítulo revisa las instituciones que llevan a cabo políticas de terremoto en los tres estados de la costa oeste y la provincia de Columbia Británica. Comenzamos con California, que ha experimentado más pérdidas por terremotos en el último siglo y se ha ocupado de ellos en mayor grado que los otros estados o la Columbia Británica. California marca el ritmo de la moda, la música y la tecnología; también marca el ritmo en el fortalecimiento de la sociedad contra los terremotos.


El sistema de posicionamiento global para las geociencias: resumen y actas de un taller sobre la mejora de la infraestructura de la estación de referencia GPS para aplicaciones de las ciencias terrestres, oceánicas y atmosféricas (1997)

Las características técnicas y operativas del GPS se organizan en tres segmentos distintos: el segmento espacial, el segmento de control operativo (OCS) y el segmento de equipos de usuario. Las señales de GPS, que son transmitidas por cada satélite y transportan datos tanto al equipo del usuario como a las instalaciones de control en tierra, enlazan los segmentos en un sistema. La Figura 1-1 caracteriza brevemente las señales y segmentos del GPS.

FIGURA 1-1 Los tres segmentos GPS. Fuente: The Aerospace Corporation

Segmento espacial

La constelación GPS consta de 24 satélites dispuestos en 6 planos orbitales de 55 grados de inclinación, 20,051 kilómetros (12,532 millas) sobre la Tierra. Cada satélite completa una órbita en la mitad de un día sidéreo y, por lo tanto, pasa sobre el mismo lugar de la Tierra una vez cada día sidéreo, aproximadamente 23 horas y 56 minutos. Con esta configuración orbital y la cantidad de satélites, un usuario en cualquier lugar de la Tierra tendrá al menos cuatro satélites a la vista las 24 horas del día.

Esta descripción del GPS se deriva del Apéndice C del informe del Consejo Nacional de Investigación, El Sistema de Posicionamiento Global, Un Activo Nacional Compartido y Recomendación mdash para Mejoras y Mejoras Técnicas. 1995. Washington, D.C .: National Academy Press.

Segmento de control operativo

El GPS OCS consta de la estación de control maestro (MCS), ubicada en la Base de la Fuerza Aérea Falcon en Colorado Springs, estaciones de monitoreo remoto de Colorado, ubicadas en Hawai, Diego García, Isla Ascensión y Kwajalein y antenas de enlace ascendente, ubicadas en tres de las cuatro estaciones de monitoreo remoto y en el MCS. Las cuatro estaciones de monitoreo remoto contribuyen al control de los satélites rastreando cada satélite GPS en órbita, monitoreando su señal de navegación y transmitiendo esta información al MCS. Las cuatro estaciones pueden rastrear y monitorear el paradero de cada satélite GPS de 20 a 21 horas por día. Las comunicaciones terrestres y espaciales conectan las estaciones de monitoreo remotas con el MCS.

Equipo de usuario

Los equipos de usuario de GPS varían ampliamente en costo y complejidad, según el diseño y la aplicación del receptor. Los equipos receptores, que actualmente varían en precio desde aproximadamente $ 135 o menos a $ 30,000, pueden variar desde dispositivos bastante simples que brindan solo información básica de posicionamiento hasta unidades multicanal complejas que rastrean todos los satélites a la vista y realizan una variedad de funciones. La mayoría de los receptores GPS constan de tres componentes básicos: (1) una antena, que recibe la señal y, en algunos casos, tiene capacidades antiinterferencias (2) una unidad de receptor-procesador, que convierte la señal de radio en una solución de navegación utilizable y (3) una unidad de control / visualización, que muestra la información de posicionamiento y proporciona una interfaz para el control del receptor.

Características de la señal y conceptos operativos

El GPS se basa en el principio de & ldquopseudoranging & rdquo para proporcionar información precisa de posicionamiento, velocidad y sincronización. Cada satélite en órbita transmite una señal de radio continua con un código único que incluye datos sobre la posición del satélite y la hora exacta en que se inició la transmisión codificada, según lo guardan los relojes atómicos a bordo. Una medición de pseudodistancia se crea midiendo la distancia entre el receptor de un usuario y un satélite restando el tiempo en que el satélite envió la señal del momento en que el usuario la recibió.

En general, la posición tridimensional de un usuario se puede determinar midiendo simultáneamente los rangos desde el receptor de un usuario hasta tres satélites. Sin embargo, debido a que los satélites GPS y los relojes del receptor no están perfectamente sincronizados, se necesitan observaciones de un cuarto satélite para eliminar la polarización del reloj del receptor que es común a todas las mediciones de pseudodistancia. La Figura 1-2 ilustra el concepto de pseudorrango de GPS.

En lugar de transmitir un código en una señal de radio (como se describió anteriormente), cada satélite en realidad transmite dos señales de espectro ensanchado distintas que contienen dos códigos diferentes, el código de adquisición aproximada (C / A) y el código de precisión (P). El código C / A se transmite en la señal portadora de banda L (conocida como L1), cuya frecuencia se centra en 1575,42 MHz. El código P se transmite en la portadora L1 en cuadratura de fase con la portadora C / A y en una segunda frecuencia portadora (designada como L2), que se centra en 1227,60 MHz.

El código L1 C / A proporciona capacidad de posicionamiento gratuito a usuarios civiles y comerciales de todo el mundo y se conoce como el Servicio de posicionamiento estándar (SPS). El código P normalmente se cifra mediante técnicas criptográficas de la Agencia de Seguridad Nacional, y la capacidad de descifrado está disponible solo para los militares y otros usuarios autorizados según lo determine el Departamento de Defensa de EE. UU. El proceso de cifrado, conocido como anti-spoofing (A-S), niega el acceso no autorizado al código P y también mejora significativamente la capacidad de un receptor para resistir el bloqueo de señales GPS imitadas, lo que podría proporcionar información de posicionamiento incorrecta a un usuario de GPS. La disponibilidad del código P en las señales portadoras L1 y L2 a través de la capacidad de descifrado proporciona a los usuarios autorizados un posicionamiento más preciso y se conoce como el Servicio de posicionamiento preciso (PPS).

Disponibilidad selectiva y otros errores de posicionamiento

La precisión del GPS se degrada para los usuarios del SPS a través de un proceso conocido como disponibilidad selectiva (SA). SA es una degradación deliberada de la precisión del GPS que se logra al variar intencionalmente la hora exacta de los relojes a bordo de los satélites, lo que introduce errores en la señal del GPS, y al proporcionar datos de posicionamiento orbital incorrectos en el mensaje de navegación GPS. SA normalmente se establece en un nivel que proporcionará una precisión de posicionamiento de 100 metros (2 drms) a los usuarios del SPS. 2 La Directiva de política presidencial de marzo de 1996 sobre GPS establece que es la intención del gobierno de EE. UU. & Ldquodiscontinuar el uso de

La precisión de SPS se representa normalmente mediante una medición horizontal de 2 drms, o el doble del error de distancia radial cuadrática media raíz. Normalmente, 2 drms se pueden representar gráficamente como un círculo alrededor de la posición real que contiene aproximadamente el 95 por ciento de las determinaciones de posición.


1.1 ¿Qué es la geocomputación?

Geocomputación es un término joven, que se remonta a la primera conferencia sobre el tema en 1996. 1 Lo que distingue a la geocomputación del (en ese momento) término comúnmente utilizado 'geografía cuantitativa', propusieron sus primeros defensores, fue su énfasis en "creativo y experimental ”Aplicaciones (Longley et al. 1998) y el desarrollo de nuevas herramientas y métodos (Openshaw y Abrahart 2000):“ La geocomputación trata sobre el uso de los diferentes tipos de geodatos y sobre el desarrollo de geoherramientas relevantes dentro del contexto general de una 'ciencia ' Acercarse." Este libro tiene como objetivo ir más allá de los métodos de enseñanza y el código. Al final, debería poder utilizar sus habilidades geocomputacionales para realizar “trabajos prácticos que sean beneficiosos o útiles” (Openshaw y Abrahart 2000).

Sin embargo, nuestro enfoque difiere de los primeros en adoptarlo, como Stan Openshaw, en su énfasis en la reproducibilidad y la colaboración. A comienzos del siglo XXI, no era realista esperar que los lectores pudieran reproducir ejemplos de código, debido a las barreras que impiden el acceso al hardware, software y datos necesarios. Avanzamos dos décadas y las cosas han progresado rápidamente. Cualquiera que tenga acceso a una computadora portátil con

De manera realista, se puede esperar que 4GB RAM pueda instalar y ejecutar software para geocomputación en conjuntos de datos de acceso público, que están más disponibles que nunca (como veremos en el Capítulo 7). 2 A diferencia de los primeros trabajos en el campo, todo el trabajo presentado en este libro es reproducible usando código y datos de ejemplo proporcionados junto con el libro, en paquetes R como spData, cuya instalación se trata en el Capítulo 2.

La geocomputación está estrechamente relacionada con otros términos que incluyen: Ciencias de la información geográfica (GIScience) Geomática Geoinformática Ciencia de la información espacial Ingeniería de geoinformación (Longley 2015) y Ciencia de datos geográficos (GDS). Cada término comparte un énfasis en un enfoque "científico" (que implica reproducible y falsable) influenciado por SIG, aunque sus orígenes y principales campos de aplicación difieren. GDS, por ejemplo, enfatiza las habilidades de "ciencia de datos" y grandes conjuntos de datos, mientras que la geoinformática tiende a enfocarse en estructuras de datos. Pero las superposiciones entre los términos son más grandes que las diferencias entre ellos y usamos geocomputación como un sinónimo aproximado que los encapsula a todos: todos buscan usar datos geográficos para trabajos científicos aplicados. Sin embargo, a diferencia de los primeros usuarios del término, no pretendemos dar a entender que existe un campo académico cohesionado llamado "Geocomputación" (o "GeoComputación" como lo llamó Stan Openshaw). En cambio, definimos el término de la siguiente manera: trabajar con datos geográficos de forma computacional, enfocándonos en el código, la reproducibilidad y la modularidad.

La geocomputación es un término reciente pero está influenciado por viejas ideas. Puede verse como parte de Geografía, que tiene una historia de más de 2000 años (Talbert 2014) y una extensión de Sistemas de Información Geográfica (GIS) (Neteler y Mitasova 2008), que surgió en la década de 1960 (Coppock y Rhind 1991).

Sin embargo, la geografía ha jugado un papel importante a la hora de explicar e influir en la relación de la humanidad con el mundo natural mucho antes de la invención de la computadora. Los viajes de Alexander von Humboldt a América del Sur a principios del siglo XIX ilustran este papel: las observaciones resultantes no solo sentaron las bases de las tradiciones de la geografía física y vegetal, sino que también allanaron el camino hacia políticas para proteger el mundo natural (Wulf 2015). Este libro tiene como objetivo contribuir a la "tradición geográfica" (Livingstone 1992) aprovechando el poder de las computadoras modernas y el software de código abierto.

Los enlaces del libro a disciplinas más antiguas se reflejaron en los títulos sugeridos para el libro: Geografía con R y R para GIS. Cada uno tiene ventajas. El primero transmite el mensaje de que comprende mucho más que solo datos espaciales: los datos de atributos no espaciales están inevitablemente entrelazados con datos geométricos, y la geografía se trata de algo más que de dónde está algo en el mapa. Este último comunica que este es un libro sobre el uso de R como SIG, para realizar operaciones espaciales en datos geográficos (Bivand, Pebesma y Gómez-Rubio 2013). Sin embargo, el término SIG transmite algunas connotaciones (ver Tabla 1.1) que simplemente no logran comunicar una de las mayores fortalezas de R: su capacidad basada en la consola para cambiar sin problemas entre tareas de procesamiento, modelado y visualización de datos geográficos y no geográficos. Por el contrario, el término geocomputación implica una programación reproducible y creativa. Por supuesto, los algoritmos (geocomputacionales) son herramientas poderosas que pueden volverse muy complejas. Sin embargo, todos los algoritmos se componen de partes más pequeñas. Al enseñarle sus fundamentos y estructura subyacente, nuestro objetivo es capacitarlo para crear sus propias soluciones innovadoras a los problemas de datos geográficos.


Ver el vídeo: Teoría 1 - Introducción a la geología estructural