EL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL Y LOS RECEPTORES GPS
Esta información interesa a todos los que están pensando realizar alguna travesía
en alguna zona remota del planeta donde es posible perderse.
¿Qué es el GPS?
El Sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de posicionamiento Global es un sistema de posicionamiento terrestre, la posición la calculan los receptores GPS gracias a la información recibida desde satélites en órbita alrededor de la Tierra. Consiste en una red de 24 satélites, propiedad del Gobierno de los Estados Unidos de América y gestionada por el Departamento de Defensa, que proporciona un servicio de posicionamiento para todo el globo terrestre.
Cada uno de estos 24 satélites, situados en una órbita geoestacionaria a unos 20.000 Km. De la Tierra y equipados con relojes atómicos transmiten ininterrumpidamente la hora exacta y su posición en el espacio.
Esto es, a grandes rasgos, el sistema GPS. A partir de esto, los receptores GPS reciben esos datos que, una vez procesados, nos muestran.
Como funciona un receptor GPS
Como hemos dicho anteriormente, los receptores GPS reciben la información precisa de la hora y la posición del satélite. Exactamente, recibe dos tipos de datos, los datos del Almanaque, que consiste en una serie de parámetros generales sobre la ubicación y la operatividad de cada satélite en relación al resto de satélites de la red, esta información puede ser recibida desde cualquier satélite, y una vez el receptor GPS tiene la información del último Almanaque recibido y la hora precisa, sabe donde buscar los satélites en el espacio; la otra serie de datos, también conocida como Efemérides, hace referencia a los datos precisos, únicamente, del satélite que está siendo captado por el receptor GPS, son parámetros orbitales exclusivos de ese satélite y se utilizan para calcular la distancia exacta del receptor al satélite. Cuando el receptor ha captado la señal de, al menos, tres satélites calcula su propia posición en la Tierra mediante la triangulación de la posición de los satélites captados, y nos presentan los datos de Longitud, Latitud y Altitud calculados. Los receptores GPS pueden recibir, y habitualmente lo hacen, la señal de más de tres satélites para calcular su posición. En principio, cuantas más señales recibe, más exacto es el cálculo de posición.
Teniendo en cuenta que la concepción inicial de este sistema era hacer un uso militar del mismo, debemos señalar que los receptores que podemos encontrar en el mercado son para uso civil, y que éstos quedan sujetos a una degradación de precisión que oscila de los 15 a los 100 metros RMS o 2DRMS1 en función de las circunstancias geoestratégicas del momento, según la interpretación del Departamento de Defensa de los EE.UU., quien gestiona y proporciona este servicio. Esta degradación queda regulada por el Programa de Disponibilidad Selectiva del Departamento de Defensa de los EE.UU. o SA (Selective Availability) y, como hemos indicado antes, introduce un error en la transmisión de la posición para los receptores de uso civil. Esto es, naturalmente, para mantener una ventaja estratégica durante las operaciones militares que lo requieran.
De todo esto se deduce que, habitualmente, los receptores GPS tienen un error nominal en el cálculo de la posición aproximadamente 15 m. RMS que puede aumentar hasta los 100 m. RMS cuando el Gobierno de los EE.UU. lo estime oportuno. Esto no es ningún problema, puesto que nuestra posición siempre mantiene un error de valor casi constante, y en cuanto a la orientación, no nos supone ninguna pérdida de fiabilidad, puesto que es un error de dimensiones muy reducidas que, incluso en las condiciones más extremas de falta de visibilidad, nunca excederá nuestro campo visual. Normalmente, cuando el error en la posición aumenta de los 15m., sólo lo hace de forma temporal, y responde a operaciones de tipo militar o estratégico que coinciden con nuestro uso del receptor.
Si la utilización que vamos a dar a nuestro receptor GPS requiere más precisión aún, como trabajos topográficos, levantamientos cartográficos, carreras de orientación, situación de balizas, etc., casi todas las firmas disponen de antenas opcionales con dispositivos DGPS2 para algunos de sus receptores que corrigen mediante cálculo diferencial este error, disminuyéndolo hasta un margen de 1 a 3 metros RMS.
Usos de un receptor GPS
Naturalmente, 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.
Para entendernos, digamos que las pantallas y funciones gráficas que requiere el piloto de una embarcación incorporadas a su receptor GPS deben ser muchas más y más sofisticadas que las que necesitamos para orientarnos en dimensiones más pequeñas. Pero el sistema de recepción, y el cálculo de la posición es el mismo en un caso que en otro. Supongamos que ocurre si una embarcación sigue un rumbo con un error de un segundo (1/3600 grados), sin corregir ese rumbo durante varios días, puede ser que cuando busque el punto que espera encontrar en la costa, simplemente no lo encuentre, puesto que se habrá alejado cientos de kilómetros de él, pues bien disponemos de un sistema con la misma exactitud para navegar pero con menos funciones gráficas.
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, geógrafos, topógrafos, geólogos, 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, OSGB, etc. o 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. Probablemente, nos parezca un tanto sofisticado y poco ortodoxo, andar por ahí con un GPS y un teléfono móvil GSM para si tenemos problemas, pero podemos suponer que a Russell, a Barrau, incluso a Hillary les deben parecer casi igual de sofisticado un crampón de aleación con 12 puntas y fijación automática, o una prenda de Gore o un bastón telescópico ultraligero de tres tramos, o un sobre de liofilizado, o un piolet modular ergonómico...y un sin fin de cosas a las que nos hemos acostumbrado y ya nos parecen normales.
Ventajas del GPS respecto a los sistemas habituales de orientación
En síntesis, podemos entender el GPS como un sistema que nos facilita nuestra posición en la tierra y nuestra altitud, con una precisión casi exacta, incluso en condiciones meteorológicas muy adversas.3
Es muy importante entender que el cálculo de la posición y la altitud no se hace a partir de los datos de sensores analógicos de presión, humedad o temperatura (o una combinación de éstos) como en los altímetros o altímetros-barómetros analógicos, o incluso como en los más sofisticados altímetros digitales, sino que se hace a partir de los datos que nos envía una constelación de satélites e órbita que, a pesar de ser simples como satélites, nos proporcionan la fiabilidad de hacer uso de la tecnología más sofisticada y precisa de la que el hombre dispone actualmente. También debemos reparar en el hecho de que la evolución de ésos datos analógicos que, en efecto, nos van a ser muy útiles para prever los cambios atmosféricos y las condiciones ambientales para el desarrollo de la actividad que llevemos a cabo, son de una fiabilidad relativa para calcular nuestra posición y altitud exactas.
Además, todos los GPS's incorporan funciones de navegación realmente sofisticadas que nos harán cambiar nuestro concepto de la orientación. Por ejemplo, podemos elaborar nuestras rutas sobre mapas, registrando en el dispositivo los puntos por los que queremos, o debemos pasar y, sobre el terreno, activando esa ruta, una pantalla gráfica no indicará si estamos sobre el rumbo correcto o nos estamos desviando en alguna dirección; o utilizar la misma función en rutas reversibles, es decir, ir registrando puntos por lo que vamos pasando para luego poder volver por esos mismos puntos con seguridad. Con todos estos datos, además podemos deducir la velocidad a la que nos estamos desplazando con exactitud, mientras mantenemos nuestro rumbo en línea recta, o deducir la velocidad a la que nos hemos desplazado si registramos todos los puntos de cambio de rumbo...y un largo etc. de funciones muy útiles e interesantes que podemos ir descubriendo al utilizar estos dispositivos.
Utilizar con PC's los datos obtenidos con receptores GPS
Si necesitamos exportar los datos obtenidos con nuestro receptor GPS a una computadora para hacer los cálculos que sean necesarios, es bueno recordar que, habitualmente, los kits para transferencia de datos entre PC's y GPS's así como los kits de alimentación eléctrica, acostumbran a ser dispositivos opcionales cuando adquirimos nuestro receptor GPS, al menos hasta los receptores de gama media, que ya empiezan a incorporar funciones que pueden hacer necesario incluir estos kits en serie. Además, no podemos olvidar que necesitaremos un software específico para importar esos datos de una forma más o menos estándar, que nos permita hacer uso de ellos de manera versátil.
Los interfaces más corrientes con los NMEA 0180,0181 y 0183, así que necesitaremos software que contemple éstos interfaces, para hacer transferencias por un puerto serie. También es corriente encontrar interfaces con correcciones RS232 que nos permitan hacer transferencias por puertos paralelos. Además, existen interfaces propios de muchas firmas de fabricantes de GPS's que crean sus propios protocolos.
El software para estas tareas, es relativamente barato (si lo que queremos, simplemente, es obtener esos datos, claro está), e incluso existen muchas aplicaciones de shareware y freeware que podemos encontrar, por ejemplo (cuando no), en Internet. Al final de este documento hay una pequeña relación de direcciones interesantes para encontrar más información sobre este tema.
Conclusión
En síntesis, podemos decir que la tecnología pone a nuestra disposición un sistema para situarnos en la Tierra realmente sofisticado, pero enormemente útil si sabemos utilizarlo. Aunque nos pasa desapercibido, gracias a avances como este podemos desplazarnos de una punta del globo o otra de la forma en la que lo hacemos a finales del siglo XX, puesto que cuando, por ejemplo, tomamos un avión estamos haciendo uso de ello sin darnos cuenta.
Por otro lado, saber exactamente dónde nos encontramos, es algo que en muchas ocasiones nos es realmente necesario cuando practicamos cualquier tipo de actividad al aire libre. ¿Quien no ha pasado más o menos temor, practicando actividades a cualquier nivel, cuando en un territorio poco conocido no sabe si está acercándose o alejándose del punto que busca? En estas ocasiones, disponer de un sistema que nos proporciona nuestra posición exacta, tiene un valor incalculable.
Resumiendo, nosotros mismos debemos sacarle más o menos partido a este sistema en función del uso que demos a nuestro receptor GPS, pero lo que está claro es que es un sistema realmente útil.
Algunas direcciones interesantes en Internet.
A partir de estas direcciones, quizás de las más interesantes acerca del tema, encontramos enlaces para "cansarnos", como tantas veces, de encontrar información acerca del sistema GPS, en Internet.
Notas
1
. Es importante observar que 15 metros RMS o 2DRMS no son 15 metros reales. La notación RMS significa que se trata de un error aleatorio que degrada la exactitud de nuestra posición en cualquier dirección, mientras que la notación 2D significa que ese error aleatorios se produce en dos dimensiones (latitud y longitud), así pues el error real nunca llega a esos 15m.
2
. El Diferencial GPS calcula el tamaño del error para cada satélite y lo aplica al calculo de la posición. Si utilizamos receptores DGPS como balizas, necesitamos que nuestro receptor GPS sea compatible con éstos, que éste en su radio e introducir la posición corregida en nuestro GPS que nos proporcionen estos diferenciales.
3
. Debemos tener en cuenta que el receptor sólo necesita recibir la señal de 3 satélites para calcular su posición y, habitualmente, está recibiendo la señal de hasta 8 o 12 satélites, según los fabricantes. Por tanto la probabilidad de recibir la señal de, al menos, 3 satélites es muy alta, incluso en condiciones meteorológicas muy adversas o en terrenos con una morfología muy escarpada. Claro está, siempre debemos buscar nuestra posición al aire libre y en el lugar que nos proporcione más espacio abierto.
Fotos: Secretaría de Turismo.
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