- Las apps de mapas parecen asumir que la superficie terrestre está quieta, pero en realidad, por el movimiento de las placas tectónicas y los terremotos, las coordenadas y la alineación de las imágenes pueden desajustarse constantemente.
- El georreferenciamiento del GPS de consumo y de las imágenes aéreas y satelitales genera errores de varios metros, y estudios sobre imágenes de alta resolución de Google Earth también han confirmado errores de posición de 1 a 50 m.
- En Estados Unidos se usan tanto NAD 83 para topografía como WGS 84 para GPS y Google Maps, y la diferencia entre un sistema de referencia local y uno global se acumula con el tiempo.
- En regiones sobre límites de placas, como el sur de California, actualizar coordenadas es más complejo, y después de un terremoto la geografía real —como carreteras y costas— puede desplazarse varios metros.
- Las actualizaciones de mapas dependen del presupuesto, de las prácticas de topografía y de la precisión del equipo, por lo que es difícil reflejarlas de inmediato, y cuanto más viejo es un mapa, más claramente muestra que la Tierra es un planeta dinámico.
Mapas sobre una superficie en movimiento
- Los lugares sobre la superficie terrestre no tienen coordenadas completamente fijas debido al movimiento de las placas tectónicas y los terremotos.
- Para que Google Maps, la navegación de autos y otros servicios de mapas puedan guiar a un destino, deben mantener las coordenadas de los lugares continuamente precisas.
- Geógrafos, geólogos y geodestas operan la infraestructura que mantiene la precisión de los mapas, pero no siempre pueden alcanzar de inmediato a un terreno que se mueve.
- Esa diferencia puede aparecer en el mapa en pantalla como un error de posición visible.
Errores en el GPS y en la alineación de imágenes
- Ken Hudnut explica que, incluso si uno está parado con un receptor GPS justo en medio de una intersección, en Google Earth puede verse desplazado del centro del cruce.
- Las causas del error se dividen en dos grandes grupos:
- El hardware GPS de consumo tiene una incertidumbre de posición de varios metros o más.
- Los mapas y las imágenes satelitales también pueden quedar desfasados en una magnitud similar según la calidad del georreferenciamiento que las ajusta a la cuadrícula de latitud y longitud.
- Un estudio de 2008 analizó imágenes de Google Earth de 31 ciudades de países desarrollados y encontró errores de posición en un rango de 1 a 50 m.
- En un ejemplo verificado directamente por el autor, Google Maps mostraba la terraza trasera de su casa desplazada unos 10 m, y al comparar imágenes de distintas fechas en Google Earth, la ubicación de la casa parecía moverse hasta 20 m.
- En general, estos errores surgen menos por cambios geológicos reales que por la dificultad de colocar imágenes aéreas y orbitales sobre una cuadrícula de coordenadas.
Puntos de referencia y marcas topográficas
- Para ajustar las imágenes del mapa a una cuadrícula de coordenadas, se necesitan puntos de referencia instalados en tierra.
- El National Geodetic Survey (NGS) de Estados Unidos mantiene una red de estaciones GPS fijas y, durante los últimos dos siglos, ha instalado marcas topográficas en forma de discos metálicos sobre roca expuesta, pilares de concreto y estructuras fijas.
- El proceso de hacer coincidir los mapas con el terreno real no es perfecto:
- Las coordenadas de las marcas topográficas pueden ser imprecisas.
- Algunas coordenadas pueden estar completamente equivocadas.
- El NGS y otras agencias solo vuelven a verificar estas marcas muy de vez en cuando.
- Debido a restricciones presupuestarias, al NGS le cuesta enviar personal para comprobar si las marcas siguen existiendo, y los geocachers ayudan a mantener actualizada la información al encontrarlas y enviar reportes como parte de su hobby.
NAD 83 y WGS 84
- Un datum, la cuadrícula de latitud y longitud, no viene dado de forma natural, sino que es un sistema de referencia de coordenadas que debe fijarse a un modelo de la forma de la Tierra.
- En Estados Unidos se usan en conjunto dos datums principales:
- NAD 83: desarrollado por el NGS y optimizado para la mayoría de los mapas y la topografía en Norteamérica.
- WGS 84: mantenido por agencias militares, base de Google Maps y del GPS, y prioriza la cobertura global.
- NAD 83 reemplazó al sistema de referencia de 1927 y fue adoptado el 6 de diciembre de 1988; debido a un modelo más preciso de la forma de la Tierra, las coordenadas de algunos lugares cambiaron hasta 100 m.
- Aún quedan mapas antiguos basados en NAD 27.
- Cuando la Marina de Estados Unidos desarrolló en los años 60 el primer sistema de navegación por satélite, extrapoló el viejo sistema de referencia norteamericano para fijar el meridiano 0, y más tarde se confirmó que ese meridiano había quedado trazado unos 100 m al este de la marca histórica del meridiano principal en el Real Observatorio de Greenwich.
Sistemas globales y sistemas atados a una placa tectónica
- El NGS y el sector militar colaboraron para alinear sus respectivos datums, pero después ambos sistemas volvieron a separarse, generando discrepancias entre los mapas y las coordenadas del GPS.
- WGS 84 es un estándar global no vinculado a una placa tectónica específica y, en la práctica, está fijado al interior profundo de la Tierra.
- Los geodestas, para separar latitudes y longitudes del movimiento de una placa en particular, asumen que las placas tectónicas se mueven como engranes acoplados y que la suma de todas sus tasas de rotación da cero.
- Si las coordenadas no se atan a una placa específica, la posición medida y el mapa construido sobre ella divergen con el tiempo.
- En cambio, NAD 83 se mueve como una red colocada sobre la placa de Norteamérica, de modo que cuando la placa se desplaza, el datum se desplaza con ella.
- Estos datums regionales permiten que conductores y topógrafos hagan navegación y trabajo de linderos sin tener que preocuparse demasiado por grandes movimientos de placas o por el movimiento polar.
La discrepancia acumulada de NAD 83 y la actualización planeada para 2022
- NAD 83 no ha sido rediseñado por completo para reflejar el conocimiento mejorado sobre la forma y el tamaño de la Tierra.
- Según Dru Smith, NAD 83 es internamente consistente y preciso, pero su coordenada (0,0,0), que debería estar en el centro de la Tierra, está desplazada unos 2 m.
- A cambio de facilitar el trabajo de los topógrafos, la cuadrícula de latitud y longitud de Norteamérica se aleja cada vez más del resto del mundo.
- El NGS planeó una actualización para 2022, que iba a mover puntos del continente norteamericano en más de 1 m.
Regiones sobre límites de placas, como el sur de California
- El sur de California se encuentra sobre la placa de Norteamérica y la del Pacífico, así que la diferencia con “el resto del mundo” es aún más compleja.
- La placa del Pacífico se mueve hacia el noroeste varias pulgadas por año en relación con el resto de Norteamérica.
- El límite entre placas no es una línea nítida, por lo que el desplazamiento real varía de forma compleja según la ubicación.
- El California Spatial Reference Center de La Jolla opera una red de estaciones y actualiza periódicamente las coordenadas de los puntos de referencia dentro del estado.
- La última actualización fue en 2018.
- Los topógrafos usan esas coordenadas para vincular sus mediciones a NAD 83.
- Yehuda Bock considera que las actualizaciones periódicas son un punto medio, porque si las coordenadas cambiaran muy seguido sería demasiado complejo para los topógrafos.
- Puede no ser un gran problema para establecer límites locales, pero proyectos de gran escala como el tren de alta velocidad de California sí tienen que seguir el movimiento tectónico.
Las huellas que dejan los terremotos en los mapas
- Los terremotos pueden producir un desplazamiento parecido a cortar el mapa en diagonal a lo largo de una falla y empujar un lado respecto del otro.
- Cerca del epicentro del terremoto de Landers de 1992, en las coordenadas 34.189838, -116.433842, al comparar imágenes históricas de Google Earth puede verse un desplazamiento lateral a lo largo de la falla.
- Al comparar la imagen de julio de 1989 con la de mayo de 1994, la alineación de Aberdeen Road al cruzar la falla cambia de forma visible.
- El terreno cerca de la falla se movió varios metros por el terremoto.
- Las redes GPS también pueden detectar terremotos en tiempo real.
- Un video creado con datos del terremoto de Tohoku de 2011 muestra que la costa cerca del epicentro se desplazó horizontalmente hasta 4 m, y cómo la onda se propagó por Japón y por todo el mundo.
La velocidad de actualización de los mapas y las limitaciones reales
- Toma tiempo que las correcciones por actividad tectónica se reflejen en los mapas.
- El USGS National Geospatial Technical Operations Center produce los mapas topográficos del USGS que usan excursionistas y personas que realizan actividades al aire libre, y esos mapas se actualizan cada 3 años.
- Incluso con recortes presupuestarios, mantener ese ciclo de 3 años ya era difícil.
- Muchas veces se considera que los pequeños errores que surgen entre actualizaciones quedan ocultos dentro de la imprecisión propia de la cartografía y de los equipos GPS.
- La tecnología GPS ya alcanzó un nivel que permite aplicar pequeñas correcciones con mayor frecuencia, y en el futuro los mapas podrían actualizarse casi en tiempo real.
- Los mapas antiguos revelan que la Tierra no es un fondo estático, sino un planeta dinámico que sigue moviéndose.
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
Como referencia, NASA tiene datos de vectores de movimiento global: https://sideshow.jpl.nasa.gov/post/series.html
Terremoto de Kaikōura de 2016: https://en.wikipedia.org/wiki/2016_Kaik%C5%8Dura_earthquake
Si buscas un estándar más claro, existe el International Terrestrial Reference System and Frame: https://en.m.wikipedia.org/wiki/International_Terrestrial_Re...
Los mejores sistemas de referencia que se usan hoy están ligados a un año específico de este sistema, es decir, a un marco de referencia por epoch
Por ejemplo, el GDA2020 de Australia se basa en ITRF2014 con epoch 2020.0, y el anterior GDA94 se basaba en ITRF1992 con epoch 1994.0. La diferencia entre ambos es de unos 1.8 m
https://www.ga.gov.au/scientific-topics/positioning-navigati...
Hubo discusiones en publicaciones similares:
What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=22146454 (25 de enero de 2020 — 2 puntos, 0 comentarios)
What happens to Google Maps when tectonic plates move? https://news.ycombinator.com/item?id=22145303 (24 de enero de 2020 — 188 puntos, 53 comentarios)
What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=12216474 (3 de agosto de 2016 — 2 puntos, 0 comentarios)
Si quieres profundizar más en los datums geodésicos de todo el mundo, hay un sitio dedicado: https://www.asprs.org/asprs-publications/grids-and-datums
Se puede ver la historia de los sistemas de referencia de varios países y cómo llegaron a su estado actual. Es una lectura árida, pero al mismo tiempo bastante interesante
Una de las partes que más me gustan de este campo es la historia. Es fascinante el proceso por el cual los humanos han intentado entender mejor la forma del mundo, y luego medirla mejor para ajustarla a mapas planos
Como el autor no habló con Google, al leer este artículo no se puede saber cómo lo maneja Google en realidad
Me preguntaba cómo lo manejan en OpenStreetMap, y al menos para el Día de los Inocentes dicen que lo manejan así: https://blog.openstreetmap.org/2017/03/31/osm-plate-tectonic...
Si alguien sabe más sobre esto, estaría bueno que lo compartiera :-)
Edición: ah, era un artículo del Día de los Inocentes. Aun así, parecía implementable
El artículo no lo menciona, pero me da curiosidad cómo se registran en el sur de California las coordenadas de límites de propiedades teniendo en cuenta el movimiento
En nuestro país, donde la tectónica de placas es relativamente estable, se usa un único sistema de coordenadas para todo el territorio
Supongo que habría que registrarlas como distancias desde algún punto de referencia local, pero también me pregunto qué pasa si ocurre un desplazamiento como el de Turquía el año pasado, donde una carretera se partió en dos
https://nationalpost.com/news/world/turkey-syria-earthquake-...
En la mayoría de los estados de EE. UU., el Public Land Survey System proporciona “meridians” y “baselines” que funcionan como ejes regionales. A partir de ahí se crea un nuevo “township” cada 6 millas, y sus esquinas sirven como puntos de referencia locales para los límites de propiedades
https://en.wikipedia.org/wiki/Public_Land_Survey_System
A menudo pienso en una premisa de ciencia ficción en la que, millones de años después, la humanidad de alguna forma sigue existiendo en una forma reconocible, y dos placas con vegetación natural y fauna totalmente distintas se acercan entre sí.
Por ejemplo, si California, donde hay muchos defensores de las plantas nativas, y Australia se acercaran a menos de 50 millas, las noticias empezarían a hablar de no trasladar plantas ni animales de un lado al otro. Si se acercaran a menos de 20 millas, el viento y las tormentas ya habrían trasladado algunos, pero la gente de ambos lados aún podría resistirse. Quizá en el momento del primer contacto real aparezca, con fuerza vinculante, un enorme tratado que cambie el futuro de ese mundo.
O tal vez simplemente levanten una cerca, prohíban vivir en la costa y mantengan para siempre esa frontera continental artificial.
Cada generación adopta nuevos valores, y cuando una generación muere, esos valores también desaparecen. La tectónica de placas es tan lenta que la realidad probablemente sería mucho más aburrida que esa historia de ciencia ficción. Los cientos de miles de años en que dos regiones estarían “lo suficientemente cerca” bastan para que los dos grupos repitan integración y conflicto cientos de veces.
https://www.independent.com/2011/01/15/how-eucalyptus-came-c...
Es una premisa interesante para explorar en una novela, pero no hay posibilidad de que se vuelva realidad.
Recuerdo haber usado un GPS Garmin portátil cuando iba de Los Angeles a Berkeley en la década de 2000.
El velocímetro del auto estaba roto, así que también me servía como velocímetro durante el viaje, pero la ubicación que mostraba en el mapa siempre estaba desviada unos 50 pies. Ahora me pregunto si eso se debía al movimiento tectónico o si era un error del propio dispositivo.
Al recordar ese auto me sorprende lo chatarra que era, aunque como era convertible sí era divertido. Mi esposa lo veía como una trampa mortal.
Hace unos 10 años hice mucho barranquismo y bushwalking en las Blue Mountains, cerca de Sydney, Australia, y dejaba encendido mi Garmin GPSMAP incluso mientras me movía en auto. En más de 20 recorridos se repetían tramos por la carretera de montaña, pero las trayectorias no se superponían. Todas eran rutas suaves que coincidían con la curvatura del camino, pero cada una tenía un desplazamiento distinto, normalmente de 2 a 5 m respecto de los datos del mapa. La mediana de esas más de 20 rutas coincidía muy bien con los datos del mapa.
Aprendes qué hacer cuando el auto se sobrecalienta, a cambiar una llanta, cambiar fusibles, distinguir el olor del aceite quemado del olor del refrigerante, hacer un arranque con cables y llamar a una grúa. Son habilidades importantes para la vida.
Similar a la velocidad a la que crecen las uñas.
https://oceanservice.noaa.gov/facts/tectonics.html
Hace unos 9 años investigué esto en la universidad y recuerdo algunos datos interesantes.
No solo el movimiento horizontal de las placas provoca cambios de posición.
WGS 84 y otros datums usan internamente un modelo de referencia elipsoidal. Ese elipsoide se elige para aproximarse a la superficie terrestre, pero como es una forma simple no representa bien las montañas ni las irregularidades de la forma de la Tierra.
Por eso no solo disminuye la precisión de la ubicación en las montañas, sino que, a medida que las montañas crecen, se vuelve más impreciso con el tiempo. Claro que esas cifras son muy pequeñas y no son gran cosa comparadas con que una placa se mueva unos centímetros.
Otro dato interesante es que, como la Tierra gira alrededor de un eje fijo, el elipsoide también se vuelve menos preciso con el tiempo. La fuerza de rotación hace que la Tierra se aplane arriba y abajo, es decir, en las regiones polares, y se ensanche en el medio. Esto también probablemente sea despreciable.
Hoy parece que los elipsoides se miden con satélites, pero antes había que hacerlo a mano y tenían un carácter mucho más local. La cartografía siempre ha sido muy importante para los gobiernos, así que hay mucha historia ahí.
Por eso, aún hoy, los datos de muchos lugares se basan en sistemas distintos de WGS84. Puede tratarse de datos históricos, como límites de propiedades anteriores a la invención del GPS, o de que se usen datums locales y elipsoides locales que se ajustan mejor a las necesidades de un país o estado específico.
Tal vez algún día usemos una enorme tabla de consulta global en lugar de una representación matemática de la forma de la Tierra.
El trabajo que hice en la universidad consistía en comparar una malla de consulta para toda Alemania con el enfoque matemático de un datum para toda Alemania. Esa malla de consulta la creó una agencia estatal, y era más precisa porque podía incorporar datums más locales. Técnicamente, se puede ver como un precálculo en el que cada estado elige el método más preciso y luego los resultados se combinan en una tabla de consulta nacional.
En esa comparación, la diferencia entre el datum para toda Alemania y el conjunto de datums estatales llegó hasta 4 m.
Edición: quité la palabra “imprecisión” y la cambié por “diferencia”. Todo es relativo. La idea principal es que, al trabajar con datos geográficos, hay que conocer el datum de origen y el de destino. Si no, todo se rompe.