Tercera Unidad

3 Tecnología GPS

La tecnología GPS (Global Positioning System) fue desarrollada por el departamento de defensa de EEUU como un recurso global para navegación y posicionamiento de uso militar y civil.

El sistema se basa en una constelación de 24 satélites en órbita a una distancia de más de veinte mil kilómetros. Estos satélites funcionan como puntos de referencia, con los cuales un receptor en tierra puede "triangular" su propia posición.

Los satélites funcionan como puntos de referencia ya que sus órbitas son monitoreadas con gran precisión desde estaciones en tierra. Al medir el tiempo de viaje de las señales transmitidas desde los satélites, un receptor GPS en tierra puede determinar la distancia entre éste y cada satélite. Al utilizar las mediciones de distancia de cuatro satélites distintos, y algunos cálculos matemáticos, el receptor reconocerá la latitud, longitud, altura y altura en que se encuentra, la dirección que presenta y la velocidad de movimiento. De hecho, los receptores más avanzados pueden calcular su posición en cualquier lugar del orbe con una diferencia de error menor a cien metros, en tan solo un segundo.

Los avances en el procesamiento de señales permiten que hasta las señales vagas y pobres sean captadas por receptores con antenas impresionantemente pequeñas, para lograr que dichos receptores sean totalmente portátiles. Algunos receptores son tan pequeños que caben en la palma de la mano.

Una gran ventaja es que las señales GPS son accesibles para el uso del público en general, no hay cuotas, licencias o restricciones para su empleo. GPS se ha convertido en un standard internacional para navegación y posicionamiento, por sus resultados precisos y su disponibilidad en cualquier lugar y momento.

3.1 Geoestadística

La Geoestadística es una herramienta útil para modelar la relación espacial entre los datos disponibles que permite realizar análisis y predicciones de los fenómenos espaciales y temporales. Así, ofrece una serie de herramientas deterministas y estadísticas para entender la variabilidad espacial del modelo.

Ventajas

·         Provee soluciones prácticas a problemas reales.

·         Honra los datos.

·         Expande de los datos.

·         Integra datos.

Desventajas

·         No automatiza completamente el proceso de estimación.

·         No reemplaza datos.

·         No crea datos.

·         No provee relaciones físicas o causales.

·         No ahorra tiempo o esfuerzo.

La aplicación de las Matemáticas a la Geografía es tan antigua como la propia ciencia, especialmente en el análisis de los datos estadísticos. Esta corriente llegó a su máxima expresión con la escuela cuantitativa. Hoy en día la sola cuantificación de los datos geográficos no sirven para hacer un análisis geográfico completo, sino que necesitan de una valoración en función de comportamientos humanos. En la actualidad ningún geógrafo deja sus conclusiones exclusivamente en manos de los resultados matemáticos, aunque es imposible llegar a conclusiones válidas sin ellos. Las predicciones son bastante buenas en plazos cortos de tiempo, pero se vuelven inseguras en plazos largos, como se puede ver, por ejemplo, en la evolución de la población, o de los valores del clima.

Etapas del análisis geoestadístico

El análisis geoestadísito trata de aplicar técnicas a fin de analizar y predecir valores de una propiedad distribuida en espacio o tiempo; considerando que existe una dependencia espacial.

El análisis geoestadístico está compuesto por tres etapas:

·         Análisis exploratorio de los datos

·         Análisis estructural

·         Predicción.

3.2 Geocodificación

Es el proceso de asignar coordenadas geográficas (e.g. latitud-longitud) a puntos del mapa (direcciones, puntos de interés, etc.). Las coordenadas geográficas producidas pueden luego ser usadas para localizar el punto del mapa en un Sistema de Información Geográfica.

En geomántica la geocodificación es el proceso de asignar geoidentificadores a elementos del territorio. Un geoidentificador es según OGC una estructura geométrica de localización. Esta estructura establece una función que relaciona la posición real de un objeto sobre el territorio geográfico (referencia espacial) con un sistema de referencia arbitrario.

 

 

Por un lado existen unos números de policía conocidos y por otro líneas discontinuas entre esos números de portal presupuestos, las cuales representan los tramos en los cuales se aplica el método de interpolación.

Interpolación de direcciones

Uno de los métodos más comunes para geocodificar direcciones es marcar ciertos números de cada calle, y asumir que las direcciones entre dos números marcados son equidistantes. Por ejemplo, si las coordenadas de la calle Juela 10 son (A,B), y las de la calle Juela 30 son (C,D), se usaría como coordenadas de la calle Juela 20 el punto medio, es decir, (A/2+C/2,B/2+D/2).

La principal ventaja de este método es que es barato. Además, se pueden usar conjuntos de marcas (los puntos a partir de los cuales se interpolan los demás) con diferente granularidad (mayor, si se dispone de ellas, o menor, si el coste es importante).

Este método presenta diferentes problemas:

En general, las calles suelen llevar los números pares e impares en lados opuestos, pero esto no es siempre así.

Muchas calles (sobre todo en ciudades antiguas) no son rectas.

En algunas ciudades, el mismo nombre es usado para una calle principal y sus perpendiculares.

La interpolación asume que los números de la calle están espaciados, lo que típicamente es inexacto.

La precisión de los sistemas de geocodificación suele referirse al porcentaje de respuestas, no al de respuestas válidas. Por ejemplo, un "99% match" significa que, de cada 100 llamadas a la función de geocodificación, 99 dan una respuesta. Esta respuesta puede ser completamente falsa.

Por estas razones, el uso de interpolación se restringe a aplicaciones no vitales (entrega de pizzas y semejantes), pero no a servicios como la policía, ambulancias, o los bomberos.

3.3 Aplicaciones y Usos

El GPS en los teléfonos móviles:

El avance de la tecnología GPS es utilizada en la industria de la telefonía móvil. Algunos teléfonos móviles están basados en la red 3G.Los teléfonos móviles de hoy usan el sistema de satélite de posicionamiento global. El receptor del GPS en los teléfonos móviles recibe la señal transmitida por el satélite de posicionamiento global. Esto ayuda a determinar la localización, el tiempo y la velocidad del objeto es decir, del dispositivo celular.

El GPS en vehículos personales:
Lo que funciona para un teléfono móvil también funciona para vehículos tales como autobuses, camiones, coches y hasta motos. La tecnología GPS está siendo usada mayormente para seguir la posición y el movimiento de los vehículos. El uso del sistema GPS en su vehículo lo ayuda a usted a localizar con exactitud la ruta de su vehículo.

El GPS en la policía:
La tecnología del Sistema de Posicionamiento Global es también es usada por la policía para realizar seguimiento criminales con salidas monitorizadas.

El GPS en las consolas de los juegos:
El sistema GPS es usado en varios consolas de juegos permitiendo posicionar realmente a los jugadores en un mapa. Hay juegos en desarrollo que puedan aprovechar esta tecnología para el entretenimiento.

Para llevar a cabo levantamientos de alta precisión geodésico-topográficos es necesario utilizar equipos de medición de la tecnología más avanzada, tales como el GPS (Sistema de Posicionamiento Global), con él es posible determinar las coordenadas que permiten ubicar puntos sobre la superficie de la Tierra.

El GPS es un sistema de posicionamiento por satélites desarrollado por el Departamento de la Defensa de los E.U., diseñado para apoyar los requerimientos de navegación y posicionamiento precisos con fines militares. En la actualidad es una herramienta importante para aplicaciones de navegación, posicionamientos de puntos en tierra, mar y aire.

El GPS está integrado por tres segmentos o componentes de un sistema, que a continuación se describen:

a) Segmento espacial

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es una constelación de satélites de navegación que orbitan la Tierra a una altitud de cerca de 12.000 millas (20.000 kilómetros). A esta altitud, los satélites completan dos órbitas en un poco menos de un día. Aunque originalmente diseñado por el Departamento de Defensa de EE.UU. para aplicaciones militares, su gobierno federal hizo el sistema disponible para usos civiles y levantó las medidas de seguridad diseñadas para restringir la precisión hasta 10 metros.

La constelación óptima consiste en 21 satélites operativos con 3 de "repuesto". A partir de julio de 2006, había 29 satélites operacionales de la constelación.

Señales GPS

Los satélites del GPS transmiten dos señales de radio de baja potencia, llamadas "L1" y "L2". Cada señal GPS contiene tres componentes de información: un código pseudoaleatorio, los datos de efemérides de satélite y datos de almanaque. El código pseudoaleatorio identifica al satélite que transmite su señal. Los datos de efemérides de satélite proporcionan información sobre la ubicación del satélite en cualquier momento. El almanaque contiene información sobre el estado del satélite y la fecha y hora actuales. Para cada satélite, el tiempo es controlado por los relojes atómicos a bordo que son cruciales para conocer su posición exacta.

3.4 Determinación de Posiciones del GPS

Las posiciones se obtienen mediante la determinación de las distancias a los satélites visibles. Este proceso se conoce como "trilateración". El momento de la transmisión de la señal en el satélite se compara con el momento de la recepción en el receptor. La diferencia de estos dos tiempos nos dice cuánto tiempo tomó para que la señal viajara desde el satélite al receptor. Si se multiplica el tiempo de viaje por la velocidad de la luz, podemos obtener el rango, o de distancia, con el satélite. La repetición del proceso desde tres satélites permite determinar una posición de dos dimensiones en la Tierra (es decir, la longitud y latitud). Un cuarto satélite es necesario para determinar la tercera dimensión, es decir la altura. Cuantos más satélites son visibles, más precisa es la posición del punto a determinar. Las órbitas de los satélites GPS están inclinadas respecto al ecuador de la Tierra en alrededor de 55°. La distribución espacial de la constelación de satélites permite al usuario disponer de 5 a 8 satélites visibles en cualquier momento. El sistema está diseñado para asegurar que al menos cuatro satélites estarán visibles con una recepción configurada de la señal de 15 ° sobre el horizonte en un momento dado, en cualquier parte del mundo.

Aunque el GPS puede dar posiciones muy precisas, aún hay fuentes de error. Estos incluyen los errores del reloj, los retrasos atmosféricos, sin saber exactamente dónde están los satélites en sus órbitas, las señales que se refleja de los objetos en la superficie de la Tierra, e incluso la degradación intencionada de la señal del satélite.

 

 

 

b) Segmento de control

Es una serie de estaciones de rastreo, distribuidas en la superficie terrestre que continuamente monitorea a cada satélite analizando las señales emitidas por estos y a su vez, actualiza los datos de los elementos y mensajes de navegación, así como las correcciones de reloj de los satélites.

Las estaciones se ubican estratégicamente cercanas al plano ecuatorial y en todas se cuenta con receptores con relojes de muy alta precisión.

c) Segmento usuario

Lo integran los receptores GPS que registran la señal emitida por los satélites para el cálculo de su posición tomando como base la velocidad de la luz y el tiempo de viaje de la señal, así se obtienen las pseudodistancias entre cada satélite y el receptor en un tiempo determinado, observando al menos cuatro satélites en tiempo común; el receptor calcula las coordenadas X, Y, Z y el tiempo.