TEORIA DEL ERROR TOPOGRÁFICO

El objetivo de esta temática es analizar los posibles errores que se pueden cometer al realizar las mediciones, sus orígenes, características, magnitudes, como se determinan, clasifican y propagan. Con ello podremos calificar las medidas topográficas y definir si son útiles conforme los objetivos de la tarea y las exigencias que con ella se pretenda.

En los relevamientos topográficos se determinan medidas lineales y angulares que resultan de una medición directa con instrumentos y en un gran número se obtienen de una determinación indirecta.

Es importante hacer notar que el término “error” no tiene la acepción común de equivocación, sino que su significado es asimilable a imprecisión, vacilación, imperfección o indeterminación.

¿Cuál es la necesidad de este estudio?

Todas las operaciones topográficas se reducen, en último extremo, a la medida de distancias y a la medida de ángulos; la vista humana, como cualquiera de los demás sentidos, tiene un límite de percepción y, por consiguiente, cualquier medida que obtengamos auxiliarnos de la vista, no podrá ser sino aproximada. 

Los instrumentos tienen por objeto, no solo, efectuar la medida sino además ampliar la percepción visual. Disminuyendo los errores a causa de nuestros sentidos, pero no eliminándolos. 

Los instrumentos no son perfectos y se cometerán errores a causa de su manejo. Algunos instrumentos se aproximan más que otros al verdadero valor de una medición, pero ninguno puede obtenerlo. Existen además errores provocados por circunstancia externas (Variación de temperatura, viento, etc.). Por lo tanto, dentro de cierto límite, no hay certeza sobre la medida obtenida.

1.Cinta de medición de terreno. Obtenida de: https://www.bautec-hoefer.de/Jardineria-y-paisajismo/Equipos-de-topografia

Los errores propios de la medición provienen:

a) Del instrumental y accesorios usados en la medición: ya que éstos pueden tener imperfecciones en sus partes, en el ensamble de éstas. Así mismo, las imperfecciones pueden ser de fabricación o debido a su uso. Estos errores tienen la ventaja de poder corregirse o bien compensarse mediante métodos de medición o sino calcular su influencia para corregir las lecturas afectadas. Además, todas las escalas de medición lineal y angular tienen limitaciones que impone su menor división.

b) Del personal que la realiza: El operador al medir depende de sus sentidos. La agudeza de la vista o sensibilidad del tacto son los que intervienen con más frecuencia. Por su importancia y frecuencia se cita: el centrado y calaje (al ubicar deficientemente el instrumento o sus accesorios), la visión (por falta de una exacta coincidencia dentro del campo del anteojo), la coincidencia de trazos, imágenes, bordes, etc., la apreciación (al estimar fracciones, interpretarlas, interpolar), el redondeo (al suprimir medidas por exceder las exigencias propias de la tarea. Cabe señalar que la actuación personal se extiende a la elección de los procedimientos y métodos, las tareas de cálculo y descripción final motivo del trabajo.

c) De las condiciones en que se realiza: Se destacan las atmosféricas y del lugar. La atmósfera, el viento el sol, la temperatura la humedad y presión son de suma importancia pues llegan a impedir las tareas. Los parámetros de precisión, asimismo, se establecen para condiciones favorables o desfavorables. Respecto del lugar en términos generales, operar con comodidad y seguridad mejora los resultados. La inestabilidad, la vegetación, cursos de agua, fango, relieve escarpado, etc. dificultan las operaciones, particularmente los movimientos y la visibilidad.

La teoría de errores estudia las medidas de una magnitud cuando estas forman parte de una serie de observaciones homogéneas, no cabe el análisis de una medida aislada. En topografía se utilizan medidas resultantes de una serie de observaciones.

Es natural que al repetir una medida se obtengan valores distintos, aún cuando los factores sean similares y se debe considerar como el camino normal para acercarnos al valor verdadero. La serie de observaciones debe estar compuesta solo con medidas útiles, teniendo presente que el motivo para prescindir de una medida debe ser advertido al momento de realizarla por observar él o los problemas que motivan su anormalidad.

TIPOS DE ERRORES

La clasificación fundamental de los errores se realiza de acuerdo a la manera en que estos se presentan o influyen.

Previo a ello cabe aclarar que en muchos casos se cometen equivocaciones que las diferenciamos de los errores, en tanto y en cuanto las equivocaciones son “errores groseros” que tienden a ser relativamente grandes y fundamentalmente evitables; normalmente son yerros del operador/es provenientes de distracciones, descuidos, imprevisiones, principios erróneos, a veces causados por negligencia, cansancio o hasta inadvertidamente usar datos o referencias equivocadas (Ejem. visar un punto equivocado, confundir el origen y por lo tanto el sentido de la graduación, lectura incorrecta, anotación incorrecta, etc.). Obviamente las equivocaciones no son ni pueden ser motivo de análisis en laTeoría de Errores. Es dable acentuar las previsiones para evitarlas. Su detección debe ser una preocupación permanente y es aconsejable siempre contar con procedimientos de control, con revisiones sistemáticas que posibiliten su detección, ya que el ser humano es falible y entonces deberán realizarse los esfuerzos y emplear una metodología que permita minimizar su presencia. Es asimismo más fácil de detectar aquellas equivocaciones de gran magnitud acarreando mas problemas las mas pequeñas por ser más difícil su detección.

A modo de ejemplo en las siguientes series:

X1= 179,46 m 269º 40`06“

X2= 179,66 m 269º 40`48“

X3= 129,45 m 269º 40`36“

X4= 179,50 m 269º 40`45“

X5= 179,42 m 296º 40`40“

En la primera serie se deduce que la tercer medida 129,45 está afectada por un error grosero, atribuible en el caso y según su magnitud aproximada: 50m al conteo defectuoso de cintadas.

En la segunda la última medición angular está afectada por un error grosero ocurrido al tomar la lectura o al registrarla manualmente transponiendo los términos.

Errores sistemáticos

Básicamente son errores controlables que afectan las observaciones con una influencia constante o que responde a una ley determinada, por ello pueden ser identificados y controlados.

Los constantes en general provienen de defectos instrumentales y causan errores hasta tanto no se los corrija mediante un ajuste mecánico, ej. Una cinta cuya longitud no es correcta: si en vez de 50m tiene 50.005m (puede ser originado en su fabricación y/o uso).

Los variables generados normalmente por diferentes condiciones operativas (temperatura, presión, humedad, etc.).

Las causas más comunes de estos errores son: defectos instrumentales, diferentes condiciones operativas, características propias de los sentidos del operador, discrepancias provenientes de los métodos de medición y cálculo.

Conocido el origen o su efecto se puede corregir la deficiencia que lo provoca o compensar su influencia.

2. Imagen de una persona usando el teodolito, Recuperado de https://ipleones.cl/carrera/tecnico-en-topografia/topografia-2/

Errores accidentales

Son aquellos originados por causas fuera de control del operador y pueden provenir de tres factores: instrumental, personal y condiciones. Su manifestación es imprevisible, constituyendo un hecho azaroso, acotado por formas de prevención dispuestas por el operador al elegir instrumental, métodos, condiciones y un medio de estricto control del proceso de medición (de acuerdo a la precisión exigida). Estos errores imprevisibles, encasillados en lo eventual y fortuito constituyen hechos aleatorios y su magnitud y frecuencia se estudia a través de la Teoría de las probabilidades.

Su magnitud es tal que cuando más pequeños son, mayor es la probabilidad de cometerlos. Puede decirse que los errores pequeños son mas frecuentes que los grandes.

La probabilidad de cometer errores positivos y negativos es la misma, por ello los errores accidentales tienden a compensarse, lo que se acentúa en la medida que la serie tenga más observaciones.

Las tareas topográficas tienen impuestas tolerancias que son le límite del error a cometer o los máximos errores aceptables en mediciones y determinaciones. Se trata regularmente de un valor numérico resultante de expresiones o fórmulas empíricas establecidas por organismos de control, estatales o privados que tienen en cuenta distintas circunstancias que rodean la medición considerada.

Así la clasificación entre errores sistemáticos y accidentales es una división en función del grado de control.

Valor más probable

La teoría de errores, es una metodología que trata de llegar a disponer de un valor que represente “correctamente” esa medida, en base a una serie de observaciones (exentas de equivocaciones). Con medidas afectadas por errores accidentales se está en condiciones de buscar un “valor representativo” que además se utilizará como modelo para la comparación. Esta metodología es la aplicada habitualmente por el ser humano cuando define si “algo es lindo o feo”, “si está bien o mal”, .. lo hace en base a un modelo de referencia.

En nuestro caso la comparación se hace matemáticamente. Teniendo presente que el “valor exacto” de una magnitud es desconocido se utiliza la media aritmética de las medidas que integran la serie como el valor más probable, ya que por conceptos basados en principios estadísticos resulta el valor más representativo.

Así dada la serie compuesta por las observaciones: x1, x2, .. , xn entonces el valor más probable (M) será:

M= x1+x2+..+xn = Σ xi

n n

Error Aparente y Error Verdadero

Determinar el error es comparar la “medida” con otro valor que sirve de modelo (Error= medida – valor modelo).

Si ese valor modelo es el valor más probable (a falta de un valor verdadero), entonces podemos determinar el error aparente (V).

V= xi – M

Vale tener presente que: la media aritmética hace nula la sumatoria de los errores aparentes.

A diferencia del error aparente, si la comparación se realiza con el “valor verdadero” (X), entonces estamos obteniendo el error verdadero (e) .

e=xi – X

Error relativo (Vr)

A menudo en la práctica topográfica se compara el valor absoluto del error aparente con la media aritmética, de este cociente se puede observar la bondad técnica de un valor.

Vr = IVI

M

Ej. si al medir 300m se tiene un error aparente de 6 cm, entonces:

Vr= 6/30000 = 1/5000

si al medir 300m se tiene un error aparente de 20 cm, entonces:

Vr= 20/30000 = 1/1500

Es habitual también expresar el error relativo en forma porcentual.

 

3. Imagen referente al calculo topografico en el campo. Recuperado de:https://servicio.mercadolibre.com.sv/MSV-400040354-empresa-de-topografia-en-el-salvador-_JM 

Precisión

Con éste término expresamos el grado de refinamiento o perfección aplicado a una medición, asociado a la calidad de su ejecución.

Las mediciones de una serie con gran homogeneidad (poca dispersión) implican una precisión alta. Esto no es sinónimo de exactitud, ya que por ejemplo ante un error sistemático podemos estar en presencia de precisión y no exactitud.

Así podemos hablar de la magnitud de los errores, que nos van a expresar el entorno o límites. Es así habitual expresar los valores numéricos asociado a este límite a modo de expresar una medida en forma técnicamente correcta y completa.

Ej. “186,51m ± 0.03m”

Esta última cifra “0,03”, constituye la medida de la precisión, la medida del error que puede afectar a la dimensión de 186,51. Dicho de otra manera está acotando el error que puede tener la misma.

Las medidas de precisión se utilizan también para exigir una determinada precisión en una medida topográfica, de manera que el profesional tendrá que elegir instrumento, métodos y condiciones necesarias para cumplir con ese requisito.

Existen distintas maneras de expresar las medidas de precisión. Las mas utilizadas en topografía son:

Error promedio (µ)

Error probable (p)

Error Medio cuadrático (m)

1. El error promedio es la media aritmética de los valores absolutos de los errores aparentes:

µ = IV1I + IV2I+ … + IVnI = Σ Vi

n n

2. El error probable se lo define como el valor ubicado en el medio del conjunto de los valores absolutos de los errores aparentes.

Ej. dados los errores aparentes:

0.03 0.17 0.22 0.26 0.28

El error probable es 0.22

3. Al error medio cuadrático se lo identifica también como la desviación estándar muestral y se puede expresar en función de los errores verdaderos o de los errores aparentes

a) En función de los errores verdaderos es el promedio del cuadrado de los errores verdaderos. Así:

m² = e1² + e2² + …+ en² = Σe²

n n

b) Para llegar a la relación del error medio cuadrático con los errores aparentes consideremos a la diferencia entre la media aritmética y el valor verdadero, a lo que llamamos “A” (A=M-X)

Al realizar: ei = xi – X

vi = xi – M entonces xi = vi + M

reemplazando:

ei = vi + M – X entonces ei = vi + A

Al elevar los errores verdaderos al cuadrado tendríamos:

e1² = v1² + 2 v1 A + A²

e2² = v2² + 2 v2 A + A²

en² = vn² + 2 vn A + A²

La suma Σe² = Σv² + 2 A Σv + n A²

Como Σv = 0 entonces

Σe² = Σv² + n A² entonces Σv² = Σe² – n A² (*)

Al ser “ei = vi + A” Σe = Σv + nA entonces Σe = nA y Σe²=n²A² así:

A² = Σe²

n²

Reemplazando em (*)

Σv² = Σe² – n Σe²

n²

Σv² = Σe² – Σe²

n

Σv² = Σe² (n – 1) = m² (n-1)

N

Despejando tenemos el error medio cuadrático de la medición aislada en función de los errores aparentes:

m² = Σv²

(n-1)

A partir de ello se puede calcular el error medio cuadrático del valor más probable (M):

M = m

Bibliografia:

http://pdi.topografia.upm.es/an_dom/AjustedeObservaciones/teoria/Tema42011.pdf

http://www.bibliotecacpa.org.ar/greenstone/collect/facagr/index/assoc/HASH01d2.dir/doc.pdf

https://luisunzueta.wordpress.com/2011/12/06/topografia-teora-de-errores/#:~:text=La%20teoría%20de%20errores%20estudia,de%20una%20serie%20de%20observaciones.

https://es.slideshare.net/JYHMI/teoria-de-errores-topografia