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Ing° Wilmer Ramírez

DESARROLLO

APLICACIONES DE LOS GPS:

La utilización de los satélites de la constelación NAVSTAR con técnicas GPS ha abierto en las Ciencias Geográficas un inmenso abanico de posibilidades, al permitir situar puntos, con grandes precisiones, en aplicaciones geodésicas y topográficas, y precisiones ampliamente satisfactorias para navegación en tiempo real por tierra, mar y aire.

Hay dos tipos de receptores a considerar:

• los expeditos, pequeños y ligeros, que observan en posicionamiento absoluto.
• los topográficos, mayores, que exigen un estacionamiento más preciso, observando en posicionamiento relativo.

Las principales aplicaciones son:

En geodinámica la determinación de la formación de la corteza terrestre a nivel local.

En topografía el apoyo fotogramétrico con excelente rendimiento en cualquier tipo de terreno.

En obras civiles el establecimiento de bases de replanteo de alta precisión en obras lineales de largo recorrido como carreteras, ferrocarriles..., y de grandes obras de ingeniería como túneles, puentes, presas...También la determinación de redes eléctricas, telefónicas, de conducción de aguas...

En hidrografía la localización de obras hidráulicas en obras hidrográficas, el estudio de la evolución fluvial...

En navegación permite la situación instantánea y contínua de cualquier vehículo sobre una cartografía digital. También permite la navegación precisa en tiempo real así como la disponibilidad instantánea de la dirección, velocidad y aceleración de los barcos y el guiado de los mismos.

Para la defensa civil se puede obtener una inmediata localización y delimitación en zonas afectadas por grandes desastres, además se localizan los vehículos de auxilio y servicio.

En carretera se puede disponer de un mapa digital de toda la red viaria permitiendo al conductor del vehículo conocer en tiempo real la situación del tráfico de todos los itinerarios posibles para llegar al destino.

En el tema militar existen numerosas aplicaciones entre las que cabe destacar:

·        Guiado de misiles.
El programa EDGE (Explotation of Differential GPS for Guidance Enhancement) intenta guiar misiles hacia un blanco con el uso de GPS en lugar del anterior uso del guiado láser. Ensayos actuales consiguen acertar un blanco a 11 millas de distancia desde el lugar de lanzamiento. En otro experimento una bomba lanzada a 8 Km de altura explotó a 2 m del blanco. El GPS se utilizó por primera vez en combate en la campaña Tormenta del Desierto contra Irak para guiar los misiles de crucero CALCM lanzados por los bombarderos B-52.

·        Apuntamiento de artillería.
Los tanques al mismo tiempo que disparan tienen que moverse para no ser alcanzados por el fuego enemigo. El guiado por GPS permite disparar más rápidamente al rebajar el tiempo necesario para apuntar.

En navegación aérea destacamos:

·        Vuelo libre: se usa para facilitar el control de vuelo y mejorar la seguridad del mismo. Los aviones tienen una zona protegida, la zona de alarma, alrededor de ellos. Los pilotos tienen que efectuar una maniobra evasiva en caso de intersección entre dos zonas de alarma de dos aparatos diferentes. El GPS proporciona una situación correcta de cada avión en el espacio en tiempo real a las estaciones controladoras y monitorización contínua de los aparatos.

·        Sistemas de aterrizaje en situaciones adversas.
Los sistemas de aterrizaje electrónicos se usan para permitir el aterrizaje de aviones en cualquier situación. Los anteriores sistemas utilizaban configuraciones de antena específicas muy costosas. GPS permite un sistema más barato y fácil , dando capacidades muy precisas de aterrizaje. La comunicación fiable entre el avión y la torre de control permite prever desastres

                   Aplicaciones en la navegación

Navegación marítima
Su implantación ha sido muy rápida (antes las embarcaciones empleaban el sistema TRANSIT). Se piensa que en poco tiempo toda la navegación marítima se basará en GPS. Actualmente también se emplean sistemas hiperbólicos, pero estos sistemas tienden a desaparecer...
El coste del sistema GPS es bajo (además los barcos no requieren receptores de gran calidad) y lo puede usar cualquier embarcación.

Navegación terrestre
En este caso hay dos mercados principales:

·         Automóviles,
Integran el GPS y sistemas gráficos avanzados para proporcionar un sistema de guiado desde un punto de una ciudad a otro evitando atascos...

·         Recptores personales,
Excursiones en 4x4, como sistema de guiado para invidentes...

La gran penetración de este sistema se debe al bajo coste de los receptores.
En la actualidad se emplea en aplicaciones profesionales:

·         Transportes internacionales

·         Redes de autobuses

·         Policia

·         Ambulancias

También estamos viendo su aparición en pruebas deportivas como en el caso del ciclismo, donde permite conocer en cada instante y en tiempo real el tiempo que saca un corredor a otro, la pendiente de una rampa de un puerto....

Navegación aérea
Debido a su mayor complejidad técnica su proceso de instalación ha sido más lento. Se están desarrollando sistemas GNSS que pretender mejorar los actuales sistemas de gestión de vuelos.
Se están instalando en áreas de bajo tráfico, ya que su uso no está justificado si tenemos en cuenta que ya existe el RADAR.  

                  Aplicaciones militares

Como el GPS es un sistema desarrollado por el ejército el desarrollo del GPS en este campo ha sido más rápido que en las aplicaciones civiles.
Se emplea en la nevegación militar (aeronaves, vehículos terrestres, barcos...).
Una de las aplicaciones es,

·         Guiado de misiles

Constituye una revolución para los sistemas militares, se usa para el posicionamiento de las tropas...

            Ciencias geográficas

Permite situar puntos con gran precisión.
Se pueden construir mapas geográficos mucho más precisos, mejorando los que había hasta ahora.

Tecnología Disponible para Aplicaciones de Insumos Sitio Específico

La Agricultura de Precisión es un conjunto de actividades que incluyen la recolección y manejo de información, la cual permite tomar decisiones económicas y ambientalmente apropiadas para la producción de cultivos.

La recolección de la información se realiza espacialmente, con la ayuda del "DGPS", mientras que el manejo de la misma se hace a través de sistemas de información geográfica "SIG". El DGPS permite la localización en tiempo real de cada sector del lote, mientras que el SIG permite el manejo de la información generada en el terreno, en mapas georreferenciados.

El manejo sitio específico MSE implica la aplicación de manejos en forma diferencial, de acuerdo a las condiciones de cada sitio de interés dentro del lote. Los diferentes sectores sitio, deben tener características homogéneas y pueden representar desde menos de 1 ha si el cultivo es muy intensivo (Horti / Fruticultura) a no menor de 5 ha si es producción de grano extensivo.

La Agricultura de Precisión corresponde a una estrategia de manejo que utiliza tecnología de información para recolectar datos útiles desde distintas fuentes para apoyar decisiones asociadas a producción de cultivos (Heimlich 1998).

La Agricultura de Precisión reconoce que la producción agrícola depende del suelo, clima, manejo pasado y varía en el espacio y en el tiempo. Por lo tanto las decisiones de manejo varían en forma sitio y tiempo específica, y no rígidamente programadas como existen en la realidad.

El área de mayor desarrollo dentro de la Agricultura de Precisión es el manejo de nutrientes sitio específico (MNSE) también llamado tecnología de dosis variable (TDV) y corresponde a la aplicación variable de fertilizantes de acuerdo al nivel de fertilidad de cada sector de manejo homogéneo dentro del lote.

Esto significa que no se trabaja necesariamente con una sola dosis de fertilizante, sino que tantas dosis como áreas significativamente homogéneas existan en la explotación.

Sin embargo existen otras áreas dentro del MSE, lotes como control sitio específico de malezas, insectos y enfermedades, aplicación variable de plaguicidas y densidad variable de semillas de acuerdo al potencial productivo del suelo.

La práctica MSE son recomendables para lotes donde existe una alta variabilidad de los factores de producción (fertilidad, malezas, agua, etc.) y los rendimientos varían en función de ellos.

La TDV podría utilizarse con éxito cuando:

·         Los lotes presentan variabilidad del suelo que afecta el rendimiento y los rendimientos varían efectivamente en respuesta a la variación de las propiedades del suelo.

Bajo estas condiciones se pueden aplicar manejos diferenciales dentro del sitio en términos de fertilización en lugar del tradicional promedio utilizado en la actualidad.

Etapas de la Aplicación de Agricultura de Precisión

En Argentina existe variabilidad comprobada de rendimiento de acuerdo al suelo y también existe respuesta variable a la fertilización nitrogenada de acuerdo a las características del suelo (lomas, bajos, historia del lote, cultivo antecesor, etc.) por lo tanto se estima conveniente comenzar las experiencias de aplicación variable en cultivos extensivos como maíz, soja y trigo.

Tecnología disponible y presentada en ExpoChacra por INTA Manfredi/ D&E/ Tecnocampo y VHB

Dosis variable en tiempo real sin GPS

Sensor remoto de color verde y biomasa Hydro Agri + Accu Rate o Land Manager.

Tanto en fertilizante líquido incorporado, chorreado con pulverizadora, y en sólido al voleo o incorporado.

Dosis variable a través de mapa de aplicación

Mapa a partir de sensor de Nitrógeno

Sensor remoto de color verde y biomasa Hydro Agri + DGPS, los días previos a la fertilización.
Mapa de aplicación georreferenciado.
Fertilizadora con: navegador + Accu Rate o Land Manager.
Para fertilizaciones líquidas incorporadas o chorreadas, o en sólido al voleo.
Para fertilizadoras de sólido incorporado unicamente navegador + Accu Rate.

Mapa confeccionado a partir de muestras de suelo

Muestreo de suelo dirigido.
Diagnóstico de necesidad variable de nitrógeno (rendimiento estimado- nitrógeno disponible= nitrógeno necesario).
Mapa de aplicación georreferenciado.
Fertilizadora con: Navegador + Accu Rate o Land Manager.
Para fertilizaciones líquidas incorporadas o chorreadas, o en sólido al voleo.
Para fertilizadoras de sólido incorporado unicamente navegador + Accu Rate.

               . Otras aplicaciones

Sincronización, pues el GPS ofrece una referencia temporal muy exacta. Lo usan algunos sistemas de transmisión... Para conseguir la referencia temporal sólo se necesita un satélite, es muy barato
Defensa civil, para la localización y delimitación de zonas afectadas por grandes catástrofes y guiado de vehículos de auxilio.
El GPS está causando un gran impacto tanto en aspectos tecnológicos como económicos.

                  Limitaciones

La más importante es la dependencia de un único país EE.UU. COncretamente del DoD (departamento de defensa). Cuando ellos quieran pueden eliminar el uso por parte de los civiles del sistema.
Actualmente hay dificultad en su uso en ciudades con edificios altos.
También es dificil garantizar su integridad, pues en caso de guerra se pueden lanzar misiles para eliminar algún satélite...

 
El GPS, sistema de localización global por satélites surgió con fines bélicos. Algunos de los satélites que rodean la Tierra pueden detectar con precisión la presencia de ejércitos o de armamento en diferentes regiones del globo. De la misma manera como esos sistemas son capaces de detectar movimientos con fines bélicos, también es posible utilizarlos para la supervisión de movimientos naturales de la Tierra, el tránsito en una ciudad o las oscilaciones de estructuras arquitectónicas como puentes colgantes y estatuas.

Ejemplos de su utilización La tecnología del sistema global por satélites (GPS por sus siglas en inglés) nos permite esos y muchos otros tipos de actividades relacionados con la vigilancia. Entre ellas podríamos citar la detección de la dilatación de magma de un volcán, la observación de los movimientos de un iceberg, determinar las finas vibraciones terrestres y, en fin, cualquier fenómeno natural o creado por el hombre que presente algún movimiento, por más imperceptible que parezca. La vigilancia se realiza por medio de receptores que reciben una señal fija de un satélite. Cuando hay modificaciones, inmediatamente se detecta la anomalía. De esta manera, el puente colgante más largo del mundo, el Tsing Ma de Hong Kong, es estrechamente vigilado día y noche. Las señales de estos receptores se concentran en una computadora central la cual tiene la información general de los movimientos, siendo ésta capaz de advertir el riesgo en caso de que existiese.

Usos no militares
Los datos generados por el GPS también pueden ser utilizados para estudiar fenómenos que ocurren en otros mundos. Los investigadores Andrew Johnston y James Zimbelman precisaron los flujos de lava que suceden en Carrizozo, en el campo de prueba de misiles de White Sands, cerca de Alamogordo y en McCartys, al sur de Grants, los cuales se extienden hasta 50 kilómetros. Asimismo, el GPS puede servir para comprender mejor los cambios físicos que ocurren en nuestro planeta. Por ejemplo, los movimientos en las profundas aguas de los océanos, el monitoreo del estatus de la actividad volcánica en ciertas regiones. Algunos otros usos no militares son la detección de los movimientos bajo la tierra. Los investigadores del Instituto de Mediciones Geográficas de Japón han recogido una serie de datos con Geonet, una red de más de mil sensores GPS que cubre las zonas rurales del país, para con esto tratar de predecir el comportamiento de las capas subterráneas y por ende predecir cuando un sismo sucederá.
De esta y muchas formas más un sistema que surgió bajo necesidades bélicas podrá ser utilizado para propósitos benéficos para la humanidad.
Es empleado en la navegación marítima, terrestre y aérea. Donde el caso particular de la navegación aérea es en la actualidad muy dependiente de estos sistemas para su funcionamiento. En el caso de los marítimos, antes las embarcaciones empleaban el sistema TRANSIT. Se piensa que en poco tiempo toda la navegación marítima se basará en GPS. Actualmente también se emplean sistemas hiperbólicos, pero estos sistemas tienden a desaparecer.
También empieza a surgir en las calles de América, donde los carros tienen integrado sistemas de GPS y con esto es prácticamente imposible perderse.

        Nuevas aplicaciones en GPS

El sistema mundial de localización por satélite (GPS, Global Positioning System), desarrollado por el Departamento de Defensa estadounidense a principios de los años 70, sigue con vida y ahora más que nunca se vislumbran nuevos horizontes para este servicio. GPS permite a los barcos navegar por los océanos, a los aviones volar sobre las nubes, rastrear a las flotillas de camiones y a los mineros buscar metales preciosos. Pero los creadores de esta tecnología tienen visiones aún más grandes. Se dice que la tecnología GPS es la cosa más grande que llega al aire desde la televisión. También se dice que será la próxima ola en servicios de información comercial. Los teléfonos celulares y el correo electrónico actualmente le permiten a cualquier persona contactarte, sin embargo, es tiempo de que puedan "encontrarte" o al menos permitirte localizarte a ti mismo, no importando donde y cuan perdido estés.

Ese es el sueño de GPS. Y si sus defensores están en lo correcto, muy pronto cada teléfono celular, vehículo, reloj, computadora y otros dispositivos contendrán capacidad de localización por satélite. La razón es simple: la madurez de la tecnología.

         Antecedentes

Así como muchas de las innovaciones en alta tecnología de los últimos 60 años fueron originalmente desarrolladas para la milicia, GPS no fue la excepción. En 1973 el Departamento de Defensa de Estados Unidos, con una inversión de 12 mil millones de dólares (MMD), empezó a desarrollar el proyecto Navstar GPS para proveer información precisa de localización para aeronaves, navíos, submarinos, tanques de guerra, etc. No fue sino hasta 1983 que Navstar GPS expandiera sus señales para uso civil por orden del presidente Ronald Reagan -a partir de la destrucción en pleno aire del vuelo 007 de las aerolíneas coreanas por parte de un bombardero soviético, después de pasar accidentalmente por espacio aéreo prohibido. Esto permitió a la aviación y a otros medios de transportación una mejor precisión en sus sistemas de navegación.

La constelación Navstar GPS -compuesta de 24 satélites- envían dos tipos de señales a la tierra que difieren en niveles de precisión. El primer tipo conocido como PPS (Precise Positioning Service, Servicio de Localización Precisa) es una señal encriptada para usos militares, la cual fue diseñada para niveles de aproximación de 15 a 30 metros, pero en la práctica se han logrado precisiones en el orden de 10 metros. La segunda señal conocida como SPS (Standard Positioning Service, Servicio de localización Estándar), es una señal estándar para uso civil, tiene una precisión de 100 a 150 metros. La señal SPS es degradada a propósito por el Departamento de Defensa utilizando una técnica conocida como SA (Selective Availability, Disponibilidad Selectiva). El 1ro. de mayo del 2000 el gobierno de los Estados Unidos comandado por Bill Clinton dió una orden al departamento de defensa para que eliminara la disponibilidad selectiva.

La posición del receptor GPS es determinada por triangulación. El dispositivo receptor mide el tiempo que toma una señal en viajar por el espacio - aproximadamente 20,200 Kms - y tomando como referencia la velocidad de la luz se determina la distancia entre el satélite y el receptor. Como la posición de cada satélite es conocida y se tienen al menos 3 satélites a la vista, se determina la posición exacta del receptor GPS (latitud, longitud y elevación).

Las aplicaciones civiles que demanden una mayor precisión pueden ser determinadas por GPS diferencial (DGPS), una técnica de refinamiento que se auxilia de estaciones terrestres de referencia, incrementando en gran medida la precisión de los receptores GPS.

GPS en números

Durante estos años la tecnología GPS ha arrojado grandes dividendos a los fabricantes de receptores. Según cifras de la USGIC (US. GPS Industries Council), en 1997 las ganancias generadas por toda la tecnología GPS fue de 3 MDD, y se espera que para el año 2000 este número crezca a $8 MDD. Las ganancias en los sistemas de navegación para automóvil crecerán en un factor de 30, de $100 millones de dólares en 1993 a $3 MMD para el 2000. Las ganancias en los receptores portátiles se incrementarán 50 veces, de $45 millones en 1993 a $2.25 MMD en el 2000. Por otro lado, el mercado de la cartografía obtuvo ganancias de $100 millones en 1993 y para el año 2000 se esperan $630 millones de dólares. En contraparte, el mercado de la aviación el cual representó en 1993 sólo el 8 por ciento del mercado total, en el 2000 se reducirá al 4.5 por ciento.

Los nuevos nichos de mercado

Los fabricantes de tecnología GPS ahora han encontrado otro potencial y lucrativo mercado: los teléfonos celulares; gracias a una iniciativa lanzada por la FCC (Federal Communications Commission) que entrará en vigor en los Estados Unidos el 1ro. de octubre del 2001, la cual menciona que cada sistema de celdas deberá ser capaz de localizar en caso de emergencia a sus teléfonos remotos dentro de un espacio de 125 metros al menos el 67 por ciento del tiempo. Este programa es llamado E911 (Enhanced 911).

Dentro del área automovilística, una compañía con base en San Jose, Ca., Datus Inc., desarrolló un sistema de navegación portátil para vehículos con capacidad para calcular automáticamente las rutas, con instrucciones de voz a cada momento. Este sistema conocido como RouteFinder PNA opera bajo el ambiente Microsoft Windows CE y tiene un costo aproximado en el mercado de $1,000 dólares. Entre los socios de esta aventura figuran Advanced Micro Devices Inc. (AMD), Microsoft Corp., Navigation Technologies Corp., además de otras firmas.

Otro producto basado en GPS fue desarrollado por la compañía Clarion Corp. de Estados Unidos, conocida por fabricar equipos de sonido para automóviles. Clarion lanzó al mercado su más nuevo producto llamado Clarion AutoPC, el cual incluye características de comunicación, navegación, información y entretenimiento bajo el ambiente Windows CE. Con este sistema -del tamaño de un estéreo para automóvil- puedes hacer llamadas telefónicas "a manos libres", envío de correo electrónico además de contener una libreta de direcciones. Contiene también un modo de navegación con mapas y direcciones el cual puede ser activado mediante voz; con sólo decirle donde estás y a donde quieres ir, el sistema AutoPC te guiará a tu destino. En la parte de información te da la hora continuamente, también puedes dictarle alguna información y la graba en memoria. En la parte de entretenimiento contiene radio AM/FM, reproducción de CD/CD-ROM los cuales pueden ser activados con voz. Este producto ya se encuentra en el mercado en los Estados Unidos y tiene un precio de $1,300 dólares.

Otras compañías involucradas en la industria automovilística basadas en GPS son Pionner Electronic Corp. de Japón; Delco Electronics Systems de Estados Unidos (General Motors) y hopf Electronik GmbH, de Alemania. Muchas de las compañías fabricantes de automóviles incluirán en los tableros: receptores GPS. Entre ellas se encuentran Cadillac, BMW, Hyundai, Mitsubishi y Renault, entre otras. Con GPS será posible, en un futuro no muy lejano, que automóviles puedan circular por carreteras sin la ayuda de un piloto; mediante carreteras provistas con sensores para controlar el tráfico. Mientras tu automóvil esta desplazándose puedes leer el correo electrónico, navegar por Internet o hacer una llamada telefónica sin preocuparte del vehículo. En Japón existe un sistema llamado TGS, que es un sistema de navegación y controlador del tráfico que consta de sensores localizados en toda la ciudad y de aparatos receptores basados en GPS instalados en automóviles dotados de mapas gráficos de toda la ciudad a nivel de calles. Este sistema te da continuamente la información del tráfico además de realizar cálculos de la ruta más corta y la ruta más rápida hacia tu destino.

Una parte muy importante de los receptores son los chips GPS. Las compañías fabricantes de estos chips son Siemens AG de Alemania, Sirf Technology Inc. de California, STMicroelectronics NV de Francia, Mitel Corp. de Canadá, Phillips Electronics de Holanda, Motorola de Estados Unidos, entre otras. Se dice que los chips GPS costarán entre $20 y $25 dólares a altos volúmenes. Entre las principales compañías fabricantes de receptores y otros dispositivos basados en GPS usados en automóviles, botes, aeroplanos, equipos de construcción, agricultura, laptops, etc. se encuentran: Conexant Systems Inc., Magellan Corp. y Trimble Navigation Ltd., las tres localizadas en California.

Estos nuevos, baratos y compactos chips GPS se harán populares para corredores a campo traviesa, cazadores, exploradores, ciclistas, golfistas, esquiadores, etc. Todo mundo podrá ser localizado por un dispositivo compacto que valdrá muy por debajo de los $100 dólares.

CONCLUSIÓN

Con la eliminación del error introducido a próposito en las señales de GPS, nuevos servicios se esperan. Todas las aplicaciones que utilizan GPS se verán beneficiadas, ya que contarán con mejor precisión y ya no se tendrá que recurrir en la mayoría de ellas a la técnica DGPS.

El futuro de la localización por satélite es impresionante, existen muchas compañías involucradas en la fabricación de dispositivos electrónicos, la competencia dará como resultado que se abaraten aún más los equipos receptores GPS. La tecnología algún día estará al alcance de todos y en el futuro comprar un sistema GPS será tan común como comprar un reloj. Todos de alguna manera estaremos localizados y el "estar perdidos" saldrá de nuestro vocabulario.

 
Cabe mencionar que este sistema de posicionamiento global, a pesar de haber sido inventado hace ya casi tres décadas para algunos resulta desconocido. Esto lo podemos atribuir a dos cosas, primero, que el sistema empezó a funcionar de forma pública en 1990, hace casi trece años. En segundo, el hecho de que en un comienzo era una tecnología publica pero no muy accesible para todos, pues tener un GPS era algo costoso y con el paso del tiempo esto ha ido cambiado. Es importante recalcar como un descubrimiento o creación que surgió con fines bélicos, es también capaz de ser utilizado a favor del bienestar de la población, mediante seguridad aérea, marítima y prontamente terrestre entre otras.
Este sistema ha subsistido como el único en su categoría y es controlado por Estados Unidos. Pero en un futuro próximo quizá habrá otra red semejante creada y coordinada por los países europeos. Este es un proyecto que acaba de ser aprobado en meses pasados del año en curso, el objetivo es acabar con el monopolio creando una red similar pero con mejoras sustanciales. A pesar de los grandes logros de esta infraestructura satelital, quizá no vivamos para apreciar los alcances de esta tecnología en su pleno funcionamiento, la evolución tecnológica es tan impresionante que sería difícil predecir las capacidades de este sistema en otras tres décadas.