WGS84 – Sistema Geodésico Mundial 1984: Glosario de Aviación y Topografía

Introducción

WGS84 (Sistema Geodésico Mundial 1984) es el sistema de referencia geodésico global fundamental utilizado para posicionamiento, navegación, cartografía e intercambio de datos geoespaciales. Establecido en 1984 y gestionado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos y la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial (NGA), WGS84 constituye la columna vertebral del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y es adoptado universalmente para todos los principales sistemas globales de navegación por satélite (GNSS), productos cartográficos y estándares de aviación.

WGS84 define la forma y tamaño de la Tierra, su orientación en el espacio y los modelos asociados de gravedad y magnetismo. Su riguroso marco centrado en la Tierra y fijo a la Tierra (ECEF) garantiza que la latitud y longitud en cualquier parte del mundo se refieran a la misma superficie y origen matemáticos. Esta uniformidad elimina las ambigüedades y distorsiones que surgían de datums regionales antiguos, proporcionando integración y compatibilidad sin fisuras para todas las aplicaciones geoespaciales.

Elipsoide de Referencia WGS84

El elipsoide de referencia WGS84 es un esferoide oblato definido matemáticamente que aproxima de manera precisa la forma de la Tierra, considerando su abultamiento ecuatorial y achatamiento polar. Está definido por dos parámetros clave:

• Semieje mayor (a): 6,378,137.0 metros (el radio ecuatorial)
• Achatamiento (f): 1/298.257223563

Estos parámetros se derivan de datos geodésicos globales y mediciones satelitales, lo que hace que el elipsoide WGS84 sea tanto representativo globalmente como altamente preciso. El semieje menor (b), o radio polar, se calcula como b = a × (1 – f) = 6,356,752.314245 metros.

El elipsoide WGS84 es un modelo centrado en la Tierra, con su origen en el centro de masa terrestre. Esta posición central es esencial para la navegación satelital y la referencia geoespacial global.

Comparación con Otros Elipsoides

Aunque WGS84 es casi idéntico a elipsoides como GRS80 (utilizado en NAD83), incluso pequeñas diferencias en el achatamiento o longitud de los ejes pueden causar discrepancias medibles en aplicaciones de alta precisión. Por ello, la gestión y transformación precisa de datums es fundamental al integrar datos de diferentes fuentes.

Datum Horizontal

El datum horizontal de WGS84 define cómo el elipsoide de referencia se ancla a la Tierra real. El datum horizontal de WGS84 es centrado en la Tierra y geocéntrico, con su origen en el centro de masa del planeta, incluyendo océanos y atmósfera.

Ejes de Coordenadas WGS84

• Eje Z: Alineado con el eje medio de rotación de la Tierra (Polo de Referencia IERS)
• Eje X: Interseca el ecuador en el Meridiano de Referencia IERS (cercano a Greenwich)
• Eje Y: Completa un sistema de mano derecha, situado en el plano ecuatorial a 90° este del eje X

Este marco geocéntrico permite la integración fluida de GNSS, teledetección y datos cartográficos a nivel mundial.

Aviación y Estándares Globales

La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) exige WGS84 para todos los mapas aeronáuticos, bases de datos de navegación y productos geoespaciales, asegurando seguridad e interoperabilidad en la navegación aérea internacional. Los topógrafos y profesionales GIS deben ser cuidadosos al transformar datos de datum antiguos o regionales a WGS84 para mantener la consistencia.

Datum Vertical

WGS84 define principalmente las alturas como alturas elipsoidales (h)—la distancia perpendicular desde un punto hasta el elipsoide WGS84. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones prácticas requieren alturas ortométricas (H), referidas al geoide (aproximación al nivel medio del mar).

La relación es:
H = h – N
donde N es la ondulación del geoide, derivada de modelos de gravedad terrestre como EGM2008.

Uso en la Práctica

• Los receptores GNSS proporcionan alturas elipsoidales por defecto.
• Ingeniería y aviación requieren conversión a alturas ortométricas utilizando los modelos de geoide más recientes.
• La precisión de los datos verticales depende de la exactitud del modelo de geoide.

Sistemas de Coordenadas WGS84

WGS84 soporta varios sistemas de coordenadas para adaptarse a diferentes aplicaciones:

Coordenadas Geodésicas

• Latitud (φ), Longitud (λ), Altura Elipsoidal (h)
• Estándar para navegación, cartografía y aviación

ECEF (Centrado en la Tierra, Fijo a la Tierra)

• Coordenadas cartesianas X, Y, Z centradas en el centro de masa de la Tierra
• Esencial para operaciones satelitales y geodesia de alta precisión

Sistema de Coordenadas Geográficas (GCS)

• El GCS WGS84 utiliza unidades angulares (grados) para latitud/longitud y el meridiano de Greenwich
• Código GCS más común: EPSG:4326

Sistemas de Coordenadas Proyectadas

• UTM (Universal Transversa de Mercator) y otros transforman coordenadas geodésicas a coordenadas planas X, Y para precisión local
• Utilizados en ingeniería, cartografía a gran escala y navegación

Parámetros Técnicos y Constantes de WGS84

Estas constantes están estandarizadas internacionalmente y sustentan todos los cálculos geodésicos, órbitas satelitales y operaciones GNSS.

Realizaciones y Marcos de Referencia WGS84

WGS84 se actualiza periódicamente mediante nuevas realizaciones, cada una reflejando mejoras en mediciones satelitales y alineamiento con el Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF).

Cada realización actualiza las posiciones de las estaciones de referencia GNSS para mantener precisión a nivel centimétrico a pesar del movimiento cortical y los avances tecnológicos.

Modelos Gravitacionales y Magnéticos de la Tierra

Modelo Gravitacional de la Tierra (EGM)

WGS84 incorpora el Modelo Gravitacional de la Tierra (EGM)—actualmente EGM2008—para definir el geoide global para la conversión de alturas ortométricas. EGM2008 proporciona datos de ondulación del geoide globalmente a una resolución de 9 km, permitiendo una conversión precisa entre alturas elipsoidales y ortométricas.

Modelo Magnético Mundial (WMM)

El Modelo Magnético Mundial (WMM) describe el campo magnético principal de la Tierra y se actualiza cada cinco años. El WMM es esencial para sistemas de navegación, corrección de brújulas y cálculo de rumbo. Tanto el EGM como el WMM son mantenidos por la NGA y son críticos para aviación, navegación y topografía.

Transformaciones y Conversiones de Coordenadas

Transformación de Datum

Al convertir coordenadas entre diferentes datums (p.ej., NAD83, ETRS89 a WGS84), se utiliza comúnmente una transformación Helmert de 7 parámetros. Esta aplica traslaciones, rotaciones y factores de escala para asegurar alineación espacial de alta precisión. La herramienta GEOTRANS de la NGA es el estándar para tales transformaciones.

Conversión de Sistemas de Coordenadas

Las conversiones entre sistemas geodésicos, ECEF y proyectados (como UTM) son habituales en topografía, cartografía y navegación. Las conversiones precisas aseguran posicionamiento consistente en diferentes plataformas y aplicaciones.

Aplicaciones en Topografía, Cartografía y Aviación

Topografía

WGS84 es la referencia predeterminada para toda topografía basada en GNSS, soportando cinemática en tiempo real (RTK), levantamientos post-procesados y establecimiento de redes de control geodésico. Transformaciones y correcciones de geoide precisas son esenciales para integrar datos GNSS en flujos de trabajo de ingeniería y catastros.

Cartografía y GIS

Todo el software GIS moderno, mapas web y bases de datos espaciales usan WGS84 (EPSG:4326) como referencia base. Esto permite la integración fluida de datos espaciales de diversas fuentes y soporta cartografía y análisis de alta precisión.

Aviación

WGS84 es obligatorio por OACI para toda navegación, cartografía y bases de datos de obstáculos aeronáuticos, asegurando seguridad e interoperabilidad global. Toda la navegación GNSS de aeronaves se referencia a WGS84, y las elevaciones de aeropuertos/pistas ahora se reportan en alturas ortométricas derivadas de WGS84.

Conclusión

WGS84 es el sistema de referencia geodésico global que permite posicionamiento y navegación consistentes y precisos en todo el mundo. Es la base del GPS, aviación, topografía, cartografía y numerosas tecnologías geoespaciales, siendo esencial para la infraestructura moderna, el comercio y la investigación. Con mejoras continuas y amplia adopción internacional, WGS84 garantiza la precisión e interoperabilidad requeridas en un mundo conectado y orientado a los datos.