BREVE HISTORIA DE LOS DATUM HORIZONTALES Y VERTICALES DE PUERTO RICO

El sistema oficial de coordenadas de Puerto Rico se conoce como el “Puerto Rico DATUM”  y fue publicado oficialmente en los años 40´s.  En 1965 se hizo una revisión que consistió en adicionar nuevas estaciones o vértices de triangulación con instrumentos electrónicos y con cintas “invar”, además se remidieron algunas de las líneas base existentes y se hicieron observaciones astronómicas. Finalmente, la red geodésica se computó nuevamente, esta vez utilizando computadoras eliminando los errores de cómputo manual.  Esta red se conoce como el “Puerto Rico DATUM realización de 1966”, clasificada como una red de segundo orden, segunda clase.

El primer origen del Sistema de Triangulación de Puerto Rico lo fue el Faro del Castillo de San Felipe del Morro.  La posición fue determinada por el Lt. Com. Francis M. Green de la Marina de guerra de los EE. UU., con un permiso de la Corona Española. La latitud calculada fue de 18º 28’ 55.56” N y la longitud fue de 66º 07’ 25.06” W-G.  Esta determinación se hizo entre los años 1875 a 1876.

El segundo origen del Sistema de Triangulación lo fue el Faro del Islote Cayo Cardona en 1901.  Las coordenadas determinadas fueron, latitud 17º 57’ 31.400 N y la longitud 66º 38’ 07.530” W-G, localizada al sur de la Playa de Ponce, conocida como Isla Cardona (TV0377).

El tercer y final, origen de la triangulación de Puerto Rico lo fue la Estación Damián en 1965, cuyas coordenadas son, latitud 18º 13´43.344” N y longitud 66º 25’ 30.107” W-G, en el llamado PR Datum realización 1966.  Los valores de la Estación Damián en el NAD 83 (86) son latitud 18º 13’ 36.18484” N y longitud 66º 25’ 28.72185” W-G, localizada en el pueblo de Orocovis, Centro Geográfico de Puerto Rico. Como dato histórico, Puerto Rico estuvo atado al North American Datum de 1927 (NAD 27) con una red conocida como SHORAN por sus siglas en ingles (SHORT RANGE NAVIGATION).  Esta red que incluía las Islas del Caribe utilizaba el elipsoide de Clark 1866.  Este no era el elipsoide más adecuado debido a la gran cobertura territorial que se pretendía cubrir y cuyo origen es en Meades Ranch en Kansas orientado a la estación WALDO.  Luego se verificó que el centroide de ese elipsoide con relación al centroide del elipsoide GRS80 que fue el que se adoptó al cambiar del datum NAD27 al NAD83 realización de 1986 tenía un desplazamiento de aproximadamente doscientos cuarenta metros (240 m) con respecto al que se acepta hoy día.

A finales de los años setenta se crea una comisión internacional para determinar un Datum con aplicación a Norte América.  Este Datum se conoce como el North American Datum del 1983 (NAD 83).  Es en este nuevo Datum que por primera vez en  Puerto Rico se hace un amarre más preciso con la red de Norte América y se conoce como NAD 83 realización 1986.  Un total de once (11) estaciones de controles horizontales observadas por Doppler, fueron observadas en PR e Islas Vírgenes (7 en Puerto Rico y 4 en Islas Vírgenes), además de los que se observaron en EE. UU., en los Estados Unidos para poder determinar los desplazamientos en latitud y longitud (“SHIFT”) entre el nuevo Datum y el Datum existente. La tecnología de observación por Doppler tiene una exactitud de aprox. ± 1 m.  El cambio de Datum trae un desplazamiento en las latitudes y longitudes de aproximadamente 7 segundos y 1 segundo respectivamente.  Esto representa ± 240 m de desplazamiento.

El nuevo Datum de 83 se hace una nueva realización en el año de 1993.  Esta consistió en la reobservación de varios controles horizontales mediante el uso del Sistema de Posicionamiento Global (GPS por sus siglas en inglés).  El propósito de estas observaciones fue de establecer controles para la navegación aérea, ya que las mismas se encuentran en los aeropuertos, excepto la estación NOVA 2 de orden A y Santa Inés 2 la primera se encuentra en el Municipio de Hatillo y la segunda en el municipio de Loiza.  Debido a esta revisión existe otro desplazamiento en las latitudes y en las longitudes entre el NAD del 83 realización del 86 y el NAD 83 realización del 93.  Este es de ± 0.0334 segundos que equivalen en distancia a ± 1.00 m.

Para el año de 1997 el NAD 83 realización del 93 se revisa nuevamente debido a unos errores en cómputos en vectores largos, procesados con el programa OMNI del National Geodetic Survey (NGS).  El desplazamiento total en latitudes y longitudes es de ± 0.0103 segundos que equivalen en distancia a ± 0.31 m, esta realización se le conoce como NAD83 realización de 97.

En el año 2002 se efectuó en Puerto Rico la tercera corrida de nivelación de primer orden.  La misma fue efectuada por el National Geodetic Survey (NGS), partiendo desde el Tidal BM, (97553710 localizado en la Puntilla, San Juan, P.R. hasta Crash Boat, Aguadilla, P.R. A lo largo de esta ruta se observaron con GPS diescinueve (19) estaciones, entre ellas se encontraban NOVA 2, TUNA, MANATI 2, QUEBRAS 2, etc.    Esto trajo un nuevo ajuste a la red de controles geodéticos horizontales que se conoce como NAD 83, CORS 96 realización del 2002.  El desplazamiento total en latitudes y longitudes es de ± 0.00282 segundos, que equivalen en distancia ± 0.085 m.

El 18 de febrero de 1997 el (NGS) por sus siglas en inglés decide hacer un ajuste a la red de control horizontal y crea un comité de estudio para ese propósito.  No es hasta principios del 2005 que el (NGS) comienza a depurar todos los récords que tienen de los controles horizontales que están en la base de datos del NGS por sus siglas en inglés.

En este nuevo ajuste se seleccionaron aquellas estaciones que se habían observado con GPS anteriormente y que reunían los criterios para un orden “A” y orden “B” y dejaron fijas  685 CORS en la época de 2002

El orden del ajuste es como sigue: de los CORS y la tecnología de “Very Long Base Interferometer” (VLBI) por sus siglas en inglés se ajustaron los de orden “A”, de los controles de orden “A” se ajustaron los controles de orden “B”.

 En el ajuste del NAD 83 (NSRS 2007) EPOCA 2002 el desplazamiento total en latitudes y longitudes es de 0.00021 segundos, que equivalen en distancia ± 0.0063m., ésto es analizando la estación Nova 2 (TV1290) con relación al ajuste del NAD 83 realización. 1997.

Las estaciones que se observaron por métodos tradicionales, me refiero, a aquellas que no fueron observadas por GPS por sus siglas en inglés, no se incluyeron en el nuevo ajuste y se quedaron en el ajuste anterior (NAD 83 realización 97).

Para el ajuste del NAD 83(NA2011) EPOCA 2010 se efectuó primero lo que se conoce en inglés como el MULTI- YEAR SOLUTION (MYSC1) por sus siglas en inglés, en el cual se dejaron fijas 1195 CORS. También se tomó en consideración la diferencia de años entre el ajuste NAD 83 (NSRS) 2007 EPOCA 2002 y el nuevo ajuste NAD 83 (NA2011) EPOCA 2010. Si restamos las EPOCAS veremos que son ocho (8) años.

Otro cambio significativo fue que las observaciones de GPS por sus siglas en inglés cuando se procesaban los vectores en las versiones anteriores se usaban lo que en ingles se conoce como “relative antenna calibration” y en el nuevo ajuste se procesaron con lo que se conoce en inglés como “absolute antenna calibration. Por último, los CORS y los controles pasivos para P.R. /VI se relacionaron a la placa tectónica de Norte América en vez de la placa tectónica del Caribe.

En el ajuste del NAD 83 (NA 2011) EPOCA 2010 el desplazamiento total en latitudes y longitudes es de 0.00514” segundos, que equivalen en distancia ± 0.154m., esto es analizando la estación Nova 2 (TV1290) contra el valor del NAD 83 (NSRS 2007) EPOCA 2002. Ver la tabla en la cual se pueden ver cómo ha ido cambiando los valores de coordenadas para la estación NOVA 2 según los distintos ajustes partiendo desde el Puerto Rico Datum realización 1966 hasta el presente.

En la solución conocida como multi-year CORS Solution (MYCS1) por sus siglas en inglés las coordenadas de los CORS están el IGS08 en la época 2005. En el nuevo ajuste de los CORS que se conoce como (MYCS2) las coordenadas de estos están en el ITRF2014 época 2010, pero el datum sigue siendo NAD83 (NA2011) época 2010.0

Por lo expuesto anteriormente es menester que todo plano y documento incluya lo que se conoce como METADATA (datos sobre la data), o sea que se indiquen los controles de partida, sus coordenadas y a qué Datum con su revisión están referidos y cualquier otra información pertinente.  Esto es de mucha ayuda para todos los profesionales autorizados en ley a ejercer la profesión de agrimensura en el Estado Libre Asociado de Puerto Rico y a aquellos otros profesionales que utilizan este tipo de información.

Queremos indicarle a los profesionales de P.R. que ejercen la profesión de agrimensura, que hacer transformaciones de Datum NAD 83 (NSRS 2007) EPOCH 2002 a el NAD 83 (NA2011) EPOCA 2010  al Puerto Rico Datum Revisión del 66 o viceversa utilizando los programas NADCON, CORPSCPON y  BLUE MARBLE no es aconsejable ya que no se han calculado los “shift” en (latitud y longitud) para hacer dichas transformaciones.

Para hacer transformaciones del P.R. Datum revisión del 1966 al NAD 83 revisiones 86, 97 se debe usar NADCON que se consigue en  la página web del NGS www.ngs.noaa.gov, (Geodetic Tools), también se puede usar CORPSCON que se consigue en la siguiente dirección http://www.tec.army.mil/.

Para ir del NAD 83 (NSRS 2007) EPOCA 2002 al NAD 83 (NA2011) EPOCA 2010 o viceversa se debe utilizar el programa “Horizontal Time-Dependen Positioning” (HTDP) que se consigue en la página web del NGS  www.ngs.noaa.gov, (Geodetic Tools). Hay unas fórmulas  desarrolladas por el que suscribe que utilizan la velocidades publicadas de los CORS  y la  distancia  o longitud de  lo que equivale un arco de segundo en la latitud y longitud  (Coordenadas geográficas)  de  la posición a transformar del NAD  83 Rev. 2007  época 2002 al NAD83 (NA2011) época 2010 los resultados obtenidos para ser una transformación son aceptables para P.R. y EUA., siempre y cuando no se acerque al oeste  de la nación en donde inciden tres placas tectónicas conocidas como: La placa del Pacifico, La Juan de Fuca y la Placa de Norteamérica en esta área las formulas o programa a utilizarse es HTDP ya que este considera los cambios en las velocidades de los CORS según estas van cambiando periódicamente y a su vez utilizan la dirección hacia donde se desplazan las placas, en estas zona los desplazamientos son de aprox. 6cm. Anualmente. Ver ejemplo que se acompaña con este escrito sobre las formulas mencionadas anteriormente.

En abril 21 de 2017 se publica la nueva herramienta de transformación de coordenadas conocida cono North American Datum Coordinate CONversion program (NCAT V5.0) por sus siglas en inglés. Este programa permite al usuario el hacer transformaciones de datums horizontales como también hacer transformaciones dentro de un mismo datum distintas realizaciones.

Esta herramienta geodética le permite al usuario el transformar del datum de PR de 1940 realización de 1966 al NAD83 realización del 1986 hasta la realización actual que es el NAD83 (NA2011) época 2010.0

HISTORIA DE LOS CONTROLES VERTICALES

 Antes de empezar con la historia vamos a definir el término de lo que es un Datum Vertical según lo define el NGS por sus siglas en inglés.  Datum Vertical es la superficie cuya elevación es cero y es desde ahí donde se refieren las demás elevaciones de la red geodésica a lo largo de la corrida, para que estas sean consistentes. A través de los años se han reconocido diferentes tipos de datum verticales, pero los más que predominan son dos (2).

Éstos son: datums mareales o tidal datums en inglés y datum geodésico o en inglés geodetic datums.

Tidal datums o datums mareales se determinan mediante el promedio del nivel de las aguas marinas en un mareógrafo por un tiempo determinado.

Datum Geodésico (Geodectic Datum) en inglés es determinado mediante el proceso de nivelación diferencial. Estas diferencias de alturas solo se pueden obtener de una referencia de nivel (RN) o BM por sus siglas en inglés, en el caso de P.R. el origen es la estación (975 5371 A) La Puntilla época 1983-2001.

La marea es un movimiento vertical, cíclico y alternativo de la superficie del mar, producido por las fuerzas de la gravedad de la luna y el sol.

En Puerto Rico existen dos tipos de marea diurnas y semidiurnas, las mareas diurnas son las que contienen solamente un ciclo de marea en un día lunar, esto ocurre en la costa sur de Puerto Rico. Las mareas semidiurnas son las que contienen dos ciclos de marea en un día lunar.

Los datums verticales son superficie de referencia de nivel, se conocen seis (6), estos son:

Mean Lower Low Water (MLLW), Mean Low Water (MLW) Mean Sea Level (MSL),

Mean Tide Level (MTL), Mean High Water (MHW), Mean Higher High Water (MHHW); todas por sus siglas en ingles.

Para establecer el control principal o punto de partida con precisión se requiere de un estudio de observación de la fluctuación de la marea por un periodo de 19 años continuos en una estación mareo gráfica en P.R., está localizada en La Puntilla San Juan, (9755371) (TV 1513, ver foto) y cuyo BM o referencia de nivel principal (RN) es el 9755371 A, la elevación al nivel medio del mar es de 1.334m. Este estudio de 19 años se conoce como un ciclo metónico.  La época que define este ciclo metónico es (1983-2001).  En Puerto Rico el datum oficial de acuerdo con la publicación del NGS en el Federal Register Notice / Vol. 77, No.141 del lunes 23 de julio del 2012 es el PRVD 2002.

Para la isla de Vieques en La Esperanza es el 9752695 A (PID DN8535) con una elevación de 1.962m., la isla de Culebra 9752235 D (PID8624) con una elevación de 0.973m. y en la isla de Mona es el 9759938 A (PID DN8596) con una elevación de 1.158m. (Ver fotos a continuación respectivamente).

Luego de esta introducción en donde explicamos brevemente lo que es un datum vertical y las superficies de referencia de nivel y también lo que es ciclo metónico pasemos ahora a la historia de los datums verticales de Puerto Rico.

Por lo menos en Puerto Rico han existido cuatro (4) distintos datum verticales definidos como Nivel Medio del mar Local (MSL) por su sigla en inglés el primero fue establecidos por el U.S. Geological Survey (USGS) entre los años de 1928 y 1941. Se hizo con el propósito de darle control vertical para el programa de los mapas topográficos comúnmente conocido como “7.5 minute «topo quads».

Este trabajo se realizó con una exactitud de tercer orden que es la exactitud más baja en trabajos geodésicos.  De acuerdo con los récords oficiales, un total de 709 BMS se establecieron en la Isla de Puerto Rico y 21 en la Isla de Vieques.  No hay record de que se haya efectuado ningún tipo de trabajo de controles verticales en la Isla de Culebra ni en la Isla de Mona.

  La fuerza de la naturaleza tales como tormentas, erosión, actividades humanas, como la construcción y ensanches de carreteras, el desarrollo de la agricultura y el vandalismo, han destruído la mayoría de los BMs.  Debido a que nunca ha habido un esfuerzo de parte del Gobierno Federal ni del Estado Libre Asociado de Puerto Rico (ELA), para darle mantenimiento a éstos, el estado de la red de Controles Verticales es uno que se desconoce con exactitud.

Los records del U.S.G.S al l975 indican que doscientos doce (212), 30%, fueron reportados destruidos o no recobrados.  Del año 1975 al presente, la construcción de autopistas, el desarrollo de urbanizaciones, además de los actos de la naturaleza, han mermado más aún la red de controles verticales, dejando la misma posiblemente en un 10% ó 15% del total original.

First-Order Class I – 0.5 mm x Ök

First-Order Class II – 0.7 mm x Ök

Second –Order Class I – 1.0 mm x Ök

Second – Order Class II – 1.3 mm x Ök

Third-Order – 2.0 mm x Ök

Where k is the length of the line in kilometers

                              Table 1

National Accuracy Standards for Geodetic Leveling

En el 1982 el National Geodetic Survey (NGS) hizo una corrida de nivelación de Primer Orden, Segunda Clase, para el Proyecto de la Represa de Cerrillos, partiendo desde el Tidal Gauge en Ponce (# 9757487) hasta el área de la Represa y en el 1995 partiendo desde el Tidal de la Puntilla, San Juan, Puerto Rico TV1513 (#9755371) hasta el Aeropuerto Internacional Luis Muñoz Marín.

Ambas corridas de nivelación son menores de 20 kms y muy pocos BMs fueron establecidos.  Solamente 1 USGS BM en el área de Ponce fue recobrado y amarrado a la línea efectuada para el Proyecto de la Represa de Cerrillos.  Se encontró una diferencia de 0.05 metros entre el valor USGS y en el Datum de la corrida efectuado por el NGS de 1995.

Los BMs. de ambas corridas se pueden conseguir en la base de datos del NGS, no así los BMs. establecidos por las dos agencias mencionadas anteriormente.

A principios del año 2002, el National Geodetic Survey (NGS) hizo una corrida de Primer Orden, 2nda. Clase, partiendo desde La Puntilla (PID TV1513) y llegando hasta Crash Boat, Aguadilla (PID DE5553), dejando ciento sesenta y tres (163) nuevos BMs.  De éstos ciento sesenta y tres (163) BMs, diescinueve (19) fueron observados por GPS, añadiéndole a la Red de Control Horizontal quince (15) nuevos Controles Horizontales, ya que de los diescinueve (19) observados, cuatro (4) eran existentes.

A lo largo del itinerario de Nivelación, desde La Puntilla hasta» Crash Boat» se encontraron 3 BMs de la corrida original efectuada por el USGS.  Estos fueron los siguientes: 31R1939, 13Y1934 y 11R1940.  Se encontraron unas diferencias de 0.19m a 0.31m. el largo aproximado de esta corrida es de 150 kms. Dejando aproximadamente 163 BMs.

En Puerto Rico para el año 2002 solo existen dos (2) estaciones de monitoreo de marea, una está en La Puntilla (9755371) y la otra está en la Isla Maguelles (9759110), ambas están operando consecutivamente por más de cincuenta (50) años.

Un acuerdo entre El Centro De Operaciones Oceanográficas de la NOAA, FEMA y La Universidad de Puerto Rico Recinto de Mayagüez con el propósito de detectar los Tsunamis y poder protegernos de los mismos. Se establecieron un total de 10 mareógrafos alrededor de Isla de P.R., Vieques, Culebra y Mona, éstos son los siguientes: Arecibo, Fajardo, Guayanilla, Yabucoa y la parte Norte de Vieques, éstos establecidos en colaboración con la agencia mencionada anteriormente y la Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagüez, por parte de NOAA se establecieron los siguientes: Mona, Aguadilla, el sur de Vieques y Culebra. También se modificaron los mareógrafos de San Juan y la Parguera, para incluirlos en el programa “Tsunami Ready”. Toda la información recopilada por dichos mareógrafos se envirá a la Red Sísmica de P.R. para su análisis y evaluación.

Traigo esta información a colación ya que los BMs. establecidos alrededor de estos mareógrafos serán parte de la red de nivelación.

PROYECTO DE NIVALACIÓN DE P.R. PRVD2002

En un esfuerzo para restablecer una red de controles verticales en el archipiélago de        Puerto Rico y resolver el problema de cuatro distintos datums verticales en el Estado Libre Asociado de P.R. el NGS, en colaboración con el CIAPR la Universidad de P.R. Recinto de Mayagüez empezaron a desarrollar un plan para establecer la red de nivelación en el 1993, pero la falta de fondos no permitió que se pudiese efectuar.

No fue hasta el 2004 que se empezó a hacer un acuerdo entre el gobierno de P.R. con la colaboración de las siguientes agencias: Oficina de Gerencia y Presupuesto (OGP), el Departamento de Obras Publicas (DTOP) y La Autoridad de Energía Eléctrica (AEE) y en conjunto con el gobierno federal y sus agencias Natioal Oceanic Administration (NOAA) por sus siglas en inglés y el National Geodetic Survey (NGS) por sus siglas en inglés.

Este acuerdo entre las agencias mencionadas anteriormente se formaliza con el memorando de entendimiento (MOA-2002-171), el cual se firmó en abril del 2004.

Como parte de los acuerdos las agencias del Estado Libre Asociado mencionadas en el párrafo anterior aportarían un millón de dólares cada una. Estos fondos se pasarían al gobierno federal para su administración.

El gobierno federal a través del NGS por sus siglas en inglés diseñaría la red de controles, contrataría a los consultores locales, daría entrenamiento, supervisaría los procedimientos, analizaría la data de campo para su ajuste final y publicación.

En marzo 9 del 2007 se estipula una enmienda al memorando de entendimiento solicitando tiempo adicional al contrato original extendiendo este hasta el 30 de octubre del 2011.

En octubre del 2007 el NGS ofrece el seminario de capacitación a los contratistas escogidos para hacer el proyecto, como también a un grupo de agrimensores en la sede del CIAPR.

Los contratistas para realizar la monumentación, descripción y observaciones de campo de acuerdo con las especificaciones técnicas para una nivelación de primer orden, segunda clase fueron los agrimensores Javier E. Bidot (JEB) y Renán López de Azúa (RLDA).

La nivelación consistió en aproximadamente 1403 kms. de nivelación doble, se establecieron alrededor de 678 BMS.  El 16 de julio de 2013 se publicó todos los BMS que componen la red de la Isla grande (504 BMS), no han sido publicados los de la Isla de Vieques, la Isla de Culebras y la Isla de Mona.

La distribución de la red de controles verticales del PRVD02 es como sigue:

La isla de Puerto Rico 618

La isla de Vieques         34

La isla de Culebra         17

La Isla de Mona              9

La distribución por agencias, el Orden y Clase de la nivelación es como sigue:

CO-OPS    31 2do Orden  1 Clase

NGS        195 1er  Orden  2 Clase

RLDA     274 1er  Orden  2 Clase

JEB         178  1er  Orden 2 Clase

Reconocimientos

Los trabajos de controles horizontales y verticales en Puerto Rico se realizaron por la perseverancia de un distinguido geodesta de los Estados unidos de Norte América me refiero al Sr. David R. Doyle quien ocupaba el cargo de Chief Geodetic Surveyor. También quiero hacer mención de las siguientes personas que laboraron para poder lograr el trabajo realizado estas son: Ed. Allen, Timothy Hanson, Ronnie Taylor y Sherri Watkins.

No puedo terminar en las menciones de reconocimiento sin dejar de mencionar a tres distinguidos profesionales  de la  agrimensura e ingeniería de Puerto Rico quienes laboraron para conseguir que ésto fuese posible, me refiero a  los agrimensores Luis S. Berrios Montes, la profesora Linda L. Vélez Rodríguez y  el Ing. José  M. Izquierdo Encarnación quien fue el que coordino con las siguientes agencias: AEE,DTOP y OGP para la obtención de los fondos necesarios para llevar a cabo esta etapa del proyecto de nivelación y determinación del geoide para P.R. Por último, mi agradecimiento al distinguido profesor Agrim. Julio C. Ríos Morales Q.E.P.D., quien me ayudó a documentar la historia de los controles horizontales.

 Referencias

Geodetic Survey In Puerto Rico. Joseph F. Dracup. July 1967.

David R. Doyle and Dru A. Smith NOAA, National Geodetic Survey 2012.Definition and Densification of the Puerto Rico Vertical Datum 2002. By David R. Doyle

National Geodetic Survey. 1998. National height Modernization Study: Report to   Congress.

[http;//www.ngs.noaa.gov/PUBS_LIB/1998heightmodstudy.pdf

Autor:

Héctor M. Sanabria Valentín, PLS.

Bayamón PR

hsanabria@hlcmgroup.com

Deja una respuesta

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Salir /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Salir /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Salir /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Salir /  Cambiar )

Conectando a %s