El GPS es uno de los más sofisticados y precisos sistemas de radio navegación que se hayan desarrollado. Para muchas de sus aplicaciones tiene una precisión asombrosa y suficiente, pero...es natural que deseemos más y más exactitud en los cálculos.

     Es por ello que los ingenieros han desarrollado una forma de calcular con más exactitud nuestra posición, a este método de navegación le llamaremos "DGPS" o "Diferencial GPS", una forma de corregir las imprecisiones del sistema GPS

     Esta impresionante exactitud tiene un profundo efecto en la importancia del GPS como recurso. Con él, el GPS se convierte en algo más que un sistema para la navegación de vehículos terrestres, barcos y aviones alrededor del mundo. El Sistema se convierte en un método universal de medición, capaz de situar "objetos" en una escala de exactitud fuera de toda duda, para comprender la utilización del GPS en los difeerentes campos debemos conocer que son los GPS y los DGPS.

GPS

    Los GPS son un sistema de localización global ( Tierra , Mar y Aire) ) basado en una red de satélites que orbitan alrededor de la Tierra durante las 24 horas del día, los 365 días por año. entregando exactamente la información de donde uno está en ese momento, en cualquier parte en el mundo, no importa las condiciones ambientales. Además permiten saber cuanto falta para llegar al lugar deseado, qué dirección se necesita tomar. Permitiendo llevarlo a lugares reservados e inexplorados en forma más segura, independientemente de que halla cambiado la vegetación ya sea por la estación o se haya perdido la huella hecha anteriormente.

    Los GPS no reemplazan los mapas y las brújulas, son un complemento para la orientación y siempre se deben tener a mano esto objetos

    El uso de un GPS es sumamente fácil y podemos comenzar a utilizarlos una vez que hallamos leído los manuales del mismo, o habiendo estudiado un poco sobre ellos, sin embargo es de suma importancia considerar algunos puntos que nos van a ayudar a utilizarlo de forma adecuada

- Modo de operación de la batería del GPS
- Diferencia horaria con respecto al Meridiano de Greenwich
- Representación de las coordenadas, en UTM, en Longitud y Latitud, etc.
- Cual es el Datum (punto geográfico referencial) que utilizan nuestras cartas locales
- Unidades de medida a usar ya sean millas, kilómetros, etc.
- Que tipo de orientación se usara magnética, verdadera, etc.
- La orientación de nuestros puntos que estén representados en la pantalla (mapa) del GPS: El norte, la ruta, etc. adicionalmente a que objetos queremos que se representen: puntos mas cercanos, anillos de distancia, rutas, etc.

    Una vez configurado el GPS por si sólo procede a entregar la información mediante la recepción de señales de los satélites dando la posición del usuario, fecha y hora y datos adicionales que varían entre uno y otro GPS.

    Es importante introducirle puntos geográficos (las coordenadas de estos puntos) llamados Way Points para poder llevar un registro de la ruta y así tener un control de dónde uno esta y cuanto falta, esto se debe complementar con el uso de cartas georeferenciada IGM que están disponibles en el sitio,

    El GPS posee una memoria para almacenar las rutas, que permiten acceder a ellas, estos tracks permiten saber el tiempo de traslado las distancias recorridas, además de tener la ruta de vuelta

DGPS

Las técnicas de GPS diferencial se utilizan para eliminar los errores introducidos por la disponibilidad selectiva (SA) y otras fuentes de error. Para ello se requiere que un receptor GPS esté situado en una posición cuidadosamente medida. Este receptor se conoce como estación base y calcula las correcciones necesarias para que las pseudodistancias y delta-pseudodistancias medidas estén de acuerdo con la posición correcta que es precisamente conocida.

Las correcciones se utilizan en las medidas de equipos convencionales que operan en la zona próxima. En un área de muchas decenas de kilómetros son válidas.

Hay dos formas de corrección DGPS en cuanto a su momento de aplicación:

1. Corrección sobre la marcha, en que las correcciones se transmiten por medio de algún sistema de radio o telefonía móvil. Las medidas obtenidas son válidas directamente, sin necesidad de procesado extra.

2. Corrección por una etapa de posproceso, en que los datos almacenados durante la operación del GPS, son corregidos a posteriori con la ayuda de un registro histórico de correcciones.

Las correcciones utilizadas pueden ser de tres tipos esencialmente:

1. Correcciones a las pseudodistancias respecto de los satélites observados, con lo que la corrección se da antes de la etapa de resolución de las ecuaciones de posición.

2. Correcciones relativas en la posición, en que se utilizan los errores relativos entre la posición medida por el GPS base y la posición real conocida. Para situaciones próximas, bajo el supuesto de que ambas partes se encuentren enganchados con idénticos satélites, puede ser válido ya que los errores principales son debidos a la propagación ionosférica que es localmente la misma.

3. Una versión basada en lo que se ha llamado Pseudosatélites que constan de un equipo transmisor y un equipo receptor como los usados como estación base, pero que transmite las correcciones a la frecuencia L1 como si se tratara de otro satélite GPS más. Así el receptor DGPS no requiere un canal extra para los datos de corrección, sólo necesita software adicional para engancharse a la estación base. Lo malo es que con la frecuencia L1 se consigue una cobertura máxima de unos 80 km y que los receptores deben tener un margen dinámico muy grande.

    La comisión técnica de Radio para servicios marítimos (RTCM) tiene un comité especial (SC-104) cuya misión es crear especificaciones y recomendaciones de estándares para la transmisión de datos de corrección DGPS.

    Con correcciones diferenciales sencillas se pueden conseguir precisiones de 10 metros, y con correcciones mediante Doppler integrado se pueden conseguir 2 o 4 metros de error.

    Para precisiones por debajo del metro se deben usar medidas interferométricas en que se realizan detecciones de la fase de portadora dentro de un pulso determinado de llegada del código, lo que permite una precisión de hasta 1 milímetro. El problema principal con este método es la ambigüedad inherente a la pequeña longitud de onda de la señal portadora.

Utilización de los GPS y DGPS

Podemos utilizar nuestro receptor GPS para todo aquello en lo que creamos que nos puede ser útil. No obstante, debemos tener en cuenta que son, exclusivamente, receptores de datos que calculan nuestra posición exacta y que no trabajan con ningún dato analógico (temperaturas, presión, humedad...). Son dispositivos extraordinariamente útiles para cualquier tarea de navegación, seguimiento de rutas, almacenamiento de puntos para posteriores estudios, ...pero en ningún caso podemos esperar deducir datos atmosféricos a partir de ellos.

Sin embargo, también debemos valorar que, incluso, los modelos más "pequeños" que los fabricantes de GPS's ponen a disposición de la navegación personal, son una evolución de los sistemas de navegación aeronáutica y marítima que se han ido perfeccionando diariamente desde hace años. Esto supone una serie de ventajas importantes para los usuarios de GPS's para la navegación personal terrestre.

En primer lugar, una cuestión de escala. Está claro que las dimensiones de la navegación aeronáutica y marítima respecto de las dimensiones de la navegación terrestre, incluso con vehículos motorizados, son mucho mayores.

Esto significa que los receptores "pequeños" también disponen de los recursos de navegación y de la exactitud de los grandes sólo que los primeros disponen de funciones menos sofisticadas que estos últimos para la propia navegación.

Todo esto lo podemos sintetizar diciendo que un receptor GPS nos proporciona, para la navegación terrestre, muchas más prestaciones que las que podemos necesitar para orientarnos. Los seguimientos de desvío de rumbos, los seguimientos de rutas, brújulas electrónicas, etc., son funciones que podemos encontrar en nuestros "pequeños" GPS's.

Para aquellos que necesiten un GPS para situar puntos más que para orientarse o navegar, como cartógrafos, topógrafos, geólogos, geógrafos, etc., deberán valorar qué tipo de trabajo de campo van a desarrollar, de tal forma que puedan deducir si necesitan más o menos funciones de navegación, o más o menos capacidad de almacenamiento de puntos, y decidir cuáles son sus necesidades y prioridades para utilizar estos dispositivos. No obstante podemos adelantar que cualquiera de los GPS's que hemos denominado como "pequeños", acostumbran a ser suficientes para la mayoría de este tipo de trabajos. Si es necesario trabajar con sistemas de coordenadas distintas a los habituales UTM. está previsto utilizar mucha variedad de Datums, habrá que consultar las indicaciones técnicas para cada modelo y buscar el más indicado. Casi todas las firmas disponen de modelos de gama media, que optimizan mejor estos recursos.

También es interesante destacar, la gran utilidad de estos dispositivos para cuestiones de seguridad, pensemos en la cantidad de pérdida de vidas y de situaciones traumáticas que se podrían evitar, si en cualquier tipo de actividad al aire libre en la que las cosas se han complicado y se requiere la actuación de un equipo de rescate, se les pudiera facilitar la posición exacta de las que se encuentra un accidentado.

    El GPS fue originalmente desarrollado satisfacer necesidades militares del Departamento de Defensa de los Estados Unidos, pero nuevas formas de utilizar sus habilidades fueron continuamente descubiertas. El sistema se ha ido utilizando en barcos aviones, etc., pero hay muchas otras maneras de beneficiarse de las ventajas que provee el GPS.

Durante la construcción del túnel, que une Gran Bretaña y Francia, ambas partes comenzaron la construcción utilizando receptores GPS a lo largo del túnel para verificar sus posiciones de tal manera de encontrarse exactamente en el medio.

Una de las mas crecientes utilidades del GPS es la ubicación de vehículos; Flotas de vehículos del transporte publico, sistemas de distribución y servicios de encomienda, usan receptores para monitorear sus posiciones constantemente y en cualquier momento.

    El GPS ayuda también a salvar vidas, muchas unidades de servicio de policía, bomberos y otros servicios de emergencia utilizan sistema de navegación GPS para determinar cual es la unidad mas cercana al lugar donde son requeridas, haciendo posible la respuesta más rápida a situaciones de vida o muerte. Muchas de las compañías automovilísticas ofrecen autos equipados con computadoras que utilizan el sistema de GPS. para dar información a los conductores a partir de comandos de voz. Globos de aire equipados con sistema de GPS monitorean  hoyos en la capa de ozono en las zonas polares. La calidad del aire es controlada con sistema que utilizan receptores de sistemas de GPS. Boyas marinas rastrean los derrames de aceite también con este sistema.

Servicio de guardacostas

    El Servicio de Guardacostas de EE.UU. es el responsable de proporcionar todas las ayudas de navegación. El huracán BOB que azotó la costa este de EE.UU. en 1991 destrozó o desplazó un gran número de boyas. La situación era peligrosa, pues los barcos iban a puerto confiados en unas boyas que ya no existían o estaban cambiadas de sitio.

    El Servicio de Guardacostas equipó uno de sus barcos de mantenimiento de boyas con un receptor DGPS y reposicionaron las boyas de nuevo, en tan solo unos días.
A lo largo de este año se espera esté implantado el sistema DGPS para toda la costa de EE.UU.

Aviación

Algunos experimentos realizados por la NASA y por las FAA de EE.UU. contribuyeron al aterrizaje de helicópteros y aviones de pasajeros mediante DGPS como único sistema guía, sin las radioayudas adicionales.

En la actualidad los sistemas de aterrizaje con poca visibilidad son tan caros que sólo están disponibles en los mayores aeropuertos. El DGPS es tan barato que lo puede instalar cualquier aeropuerto. La mejora de seguridad de vuelo es tremenda.

Como referencia se puede citar Canadá, donde el sistema  GPS ha sustituido al habitual, conocido como Omega.

Gestión de los recursos naturales

La gestión del uso y protección de los bosques es una gran tarea. Su estudio topográfico es difícil, sin embargo hay que medir constantemente parcelas de árboles, ya sea por asunto de su conservación o por ventas a empresas madereras.
El Servicio Forestal de EE.UU. ha sido uno de los pioneros del DGPS. Hacen medidas con GPS desde helicópteros.

Otras aplicaciones son: topografía de galerías de minas, de superficies de pantanos y de zonas para pesca.

Otro caso es el control de incendios en los bosques.

Exploración costera

Las empresas petrolíferas gastan enormes cantidades de dinero en la exploración del fondo de los océanos en busca de lugares idóneos para perforar. El problema, es que una vez el barco encuentra un lugar de perforación, su tripulación necesita llevar a ese punto los dispositivos de perforación, lo cual no es fácil llegar al mismo sitio, al no haber posibilidad de poner marcas de referencia, y apartarse unos metros significa muchos millones de gasto de más. Para solucionar este problema usan el GPS.

Otra utilidad es para mantener a los barcos en las rutas exactas.

También se usan para el levantamiento topográfico de los puertos.

Gestión transporte y flotas

Con este sistema el controlador de una flota  puede llevar la cuenta de cada vehículo, el resultado es una más estricta adhesión al horario y una mejor supervisión.
A las empresas de transporte, flotas de servicios y servicios de seguridad pública les gusta saber la posición de sus vehículos incluso al extremo de conocer el nombre de la calle. La solución es DGPS.

También se usa en los ferrocarriles

    Las ventajas de estos sistemas inteligentes de navegación por carretera son muchas, por un lado nunca nos encontraremos perdidos ya que el sistema de localización indica el punto exacto donde nos encontramos. Por otra parte, frente a los tradicionales mapas de carretera, este sistema es más rápido y eficaz.

    Pero eso sí, es muy recomendable que antes de comprar un navegador se asegure de la forma en la que éste le va a indicar su posición. La mayoría emplean iconos, pero los más avanzados utilizan un sistema de altavoces para guiarle a través de la voz. Este servicio evita riesgos al no tener que apartar la vista de la carretera para consultar la pantalla de su receptor GPS.

El rastreo también es otra aplicación muy importante, por ejemplo algunas compañías de flotillas de vehículos utilizan un programa de computadora provisto con un mapa de una ciudad o de una región, para rastrear todos sus vehículos.

La cartografía

La cartografía es otra aplicación de mucha importancia dentro de las aplicaciones de GPS, al determinar con precisión la posición de ríos, bosques, montañas, carreteras y otros puntos es posible la elaboración de mapas muy precisos; con la ayuda de otras técnicas como la fotogrametría, topografía y planimetría es posible la elaboración de sistemas de información geográfica.

Televisión cinematografía

El tiempo exacto que nos brinda el sistema GPS, es utilizado por las cadenas nacionales de televisión para sincronizar las transmisiones a nivel nacional y para sincronizar los comerciales y programas. La puesta en órbita de satélites es otra aplicación que requiere de una finísima precisión debido a que se necesita poner un satélite en una posición exacta en un tiempo exacto, y evitar así posibles colisiones.

    Universidades:

Algunas universidades y centros de investigación les ponen unos diminutos receptores GPS a animales en peligro de extinción o aves para conocer y estudiar sus trayectorias.

Existen muchas aplicaciones más benéficas de la utilización de este sistema de localización; con GPS es posible guiar ambulancias, bomberos, policía o grupos de rescate para que estos lleguen en cuestión de minutos al sitio donde está la emergencia. Con GPS es posible que personas invidentes puedan guiase dentro de una ciudad, apoyándose en una detallada base de datos dentro del receptor. Otras áreas de aplicación de la tecnología GPS es la agricultura, minería, arqueología, construcción, exploración, , pesca deportiva, entre otras.

EL GPS EN EL ESQUÍ

Un nuevo equipo compuesto por GPS, vídeo y biosensores permite precisar la posición, medir la velocidad y estudiar el ritmo cardíaco.

Los esquiadores entran en una nueva dimensión que cambiará el mundo de la competición actual y los entrenamientos. Un nuevo equipo compuesto por GPS, vídeo y biosensores permite conocer la posición, la velocidad y el ritmo cardíaco simultáneamente. Diseñado en Suiza, este equipo permitirá ayudar a los entrenadores y a los atletas a trazar el descenso más rápido.

El GPS y la antena se insertan en el casco, por otra parte los biosensores que estudian el ritmo cardíaco se sujetan mediante un cinturón al pecho del esquiador. El equipo es totalmente autónomo y no requiere ninguna instalación compleja, sólo es necesaria una antena receptora en algún punto de la pista para el aumento de precisión.

Los resultados del estudio mediante simulación han sido muy alentadores, ya que han despertado el interés a las dos partes involucradas en el evento aunque con distintos enfoques. Por un lado, los equipos están interesados en el tema porque pueden entrenar mejor a sus deportistas y estudiar su evolución a lo largo del tiempo o dónde radican sus principales errores. Por el otro lado, los organizadores del evento también están interesados con objeto de la retransmisión.

El GPS ayuda a trazar las rutas más rápidas de descenso, que no siempre son las más cortas debido a que los saltos implican un mayor uso del freno. Hay muchos aspectos a tener en cuenta a la hora de trazar la ruta, como la pendiente, el tipo de nieve, la experiencia del esquiador, la intuición, etc. que con este sistema se puede estudiar más fácilmente combinando la velocidad que se alcanza en cada trayecto.

 

Además de todas las aplicaciones militares para las que el sistema fue inicialmente diseñado, los civiles cuentan con una herramienta muy potente para la localización y temporización.

Un equipo portátil GPS calcula la posición cada medio segundo con una precisión más que suficiente para navegación marina y vehículos terrestres

El uso adecuado de DGPS puede permitir la aplicación a muchas nuevas áreas tales como:

• Repostaje en vuelo bajo condiciones de visibilidad nulas.

• Dirección de misiles autónomos.

• Localización y control de tropas en operaciones militares remotas.

• Estabilización y orientación respecto a la Tierra de la estación espacial internacional comparando la posición de dos GPS situados a una distancia de 109.1 metros.  

• Localización de aeronaves en aeropuertos (aproximación) con una precisión de 1 metro, lo que permitiría un posible sistema de aterrizaje a ciegas o incluso automático.

• Medida precisa de distancias mediante interferometría gracias al enganche en fase con la portadora dentro de cada pulso del código P.

• Geodesia e investigación climática, medida de la dinámica tectónica del planeta …

• Soporte del tiempo internacional atómico en el Instituto Internacional de Pesas y Medidas de París.

• Sector de ocio tal como la navegación de placer, los viajes de aventura, etc…

Y como no, se tiene que considerar la aplicación a la medida de campo eléctrico y la posterior elaboración de mapas de cobertura.

Es Interesante mencionar o plasmar otro articulo referente a la utilización de los GPS - DGPS según criterio de otros usuarios.

    Son múltiples los campos de aplicación de los sistemas de Posicionamiento tanto como sistemas de ayuda a la navegación, como en modelización del espacio atmosférico y terrestres o aplicaciones con requerimientos de alta precisión en la medida del tiempo. A continuación se detallan algunos de los campos civiles donde se utilizan en la actualidad sistemas GPS:

 Estudio de fenómenos atmosféricos. Cuando la señal GPS atraviesa la troposfera el vapor de agua, principal causante de los distintos fenómenos meteorológicos, modifica su velocidad de propagación. El posterior análisis de la señal GPS es de gran utilidad en la elaboración de modelos de predicción meteorológica.

 Localización y navegación en regiones inhóspitas. El sistema GPS se utiliza como ayuda en expediciones de investigación en regiones de difícil acceso y en escenarios caracterizados por la ausencia de marcas u obstáculos. Un ejemplo son los sistemas guiados por GPS para profundizar en el conocimiento de las regiones polares o desérticas.

Modelos geológicos y topográficos. Los geólogos comenzaron a aplicar el sistema GPS en los 80 para estudiar el movimiento lento y constante de las placas tectónicas, para la predicción de terremotos en regiones geológicamente activas. En topografía, el sistema GPS constituye una herramienta básica y fundamental para realizar el levantamiento de terrenos y los inventarios forestales y agrarios.

Ingeniería civil. En este campo se utiliza la alta precisión del sistema GPS para monitorizar en tiempo real las deformaciones de grandes estructuras metálicas o de cemento sometidas a cargas.

Sistemas de alarma automática. Existen sistemas de alarma conectados a sensores dotados de un receptor GPS para supervisión del transporte de mercancías tanto contaminantes de alto riesgo como perecederas (productos alimentarios frescos y congelados). En este caso la generación de una alarma permite una rápida asistencia al vehículo.

Sincronización de señales. La industria eléctrica utiliza el GPS para sincronizar los relojes de sus estaciones monitoras a fin de localizar posibles fallos en el servicio eléctrico. La localización del origen del fallo se realiza por triangulación, conociendo el tiempo de ocurrencia desde tres estaciones con relojes sincronizados.

Guiado de disminuidos físicos. Se están desarrollando sistemas GPS para ayuda en la navegación de invidentes por la ciudad. En esta misma línea, la industria turística estudia la incorporación del sistema de localización en guiado de visitas turísticas a fin de optimizar los recorridos entre los distintos lugares de una ruta.

 Navegación y control de flotas de vehículos. El sistema GPS se emplea en planificación de trayectorias y control de flotas de vehículos. La policía, los servicios de socorro (bomberos, ambulancias), las centrales de taxis, los servicios de mensajería, empresas de reparto, etc. organizan sus tareas optimizando los recorridos de las flotas desde una estación central. Algunas compañías ferroviarias utilizan ya el sistema GPS para localizar sus trenes, máquinas locomotoras o vagones, supervisando el cumplimiento de las señalizaciones.

Sistemas de aviación civil. En 1983 el derribo del vuelo 007 de la compañía aérea coreana al invadir cielo soviético, por problemas de navegación, acentúo la necesidad de contar con la ayuda de un sistema preciso de localización en la navegación aérea. Hoy en día el sistema GPS se emplea en la aviación civil tanto en vuelos domésticos, transoceánicos, como en la operación de aterrizaje. La importancia del empleo de los GPS en este campo ha impulsado, como se verá en la siguiente sección, el desarrollo en Europa, Estados Unidos y Japón de sistemas orientados a mejorar la precisión de los GPS.

Navegación desasistida de vehículos. Se están incorporando sistemas DGPS como ayuda en barcos para maniobrar de forma precisa en zonas de intenso tráfico , en vehículos autónomos terrestres que realizan su actividad en entornos abiertos en tareas repetitivas, de vigilancia en medios hostiles (fuego, granadas, contaminación de cualquier tipo) y en todos aquellos móviles que realizan transporte de carga, tanto en agricultura como en minería o construcción. La alta precisión de las medidas ha permitido importantes avances en el espacio en órbitas bajas y así tareas de alto riesgo de inspección, mantenimiento y ensamblaje de satélites artificiales pueden ahora realizarse mediante robots autónomos.

    En conclusión podemos decir, que la utilización de equipos receptores GPS en los diferentes campos de la vida cotidiana avanza constantemente y la implementación de Nuevas tecnologías nos permite este avance, por lo que en un futuro muy cercano podremos contar con la utilización de GPS en la totalidad de los campos de nuestra vida cotidiana sin que existan limitaciones.

[ PRINCIPAL]     [ SÍNTESIS ]

Autor: Ing. Rehan Hernández C.

rehanh@cantv.net

Diciembre, 2002