GPS
COMPONENTES, RECEPTORES, METODOS




constelación + satélite GPS


INTRODUCCION

Una de las maneras más utilizadas para capturar información geográfica e incorporarla a un mapa, carta o GIS lo constituye el sistema GPS. El término GPS procede del acrónimo de la expresión inglesa 'Global Positioning System' (Sistema de Posicionamiento Global). Se trata de un sistema que permite calcular las coordenadas de cualquier punto de la superficie terrestre a partir de la recepción de señales emitidas desde una constelación de satélites en órbita. Básicamente, su principal funcionalidad es que permite al usuario conocer, mediante un receptor, su posición en cualquier parte del planeta.

Los diferentes métodos e instrumentos existentes condicionan la precisión de las mediciones realizadas, existiendo un amplio abanico de posibilidades en cuanto a resolución. En este texto se trata de explicar el funcionamiento general del sistema, analizando también las características y prestaciones de los diferentes métodos y tipos de aparatos actualmente en el mercado.


SEGMENTOS Y COMPONENTES DEL SISTEMA GPS

El fundamento del sistema GPS consiste en la recepción de entre cuatro y ocho señales de radio de otros tantos satélites de los cuales se conoce de forma muy exacta su posición orbital con respecto a la tierra; a la vez, se conoce muy bien el tiempo que han tardado las señales en recorrer el camino entre el satélite y el receptor. Conociendo la posición de los satélites, la velocidad de propagación de sus señales y el tiempo empleado en recorrer el camino hasta el usuario, por trilateración se puede establecer la posición en términos absolutos del receptor.

Calculo de la posición por trilateración

Para entender el sistema GPS se hace necesario conocer los elementos que lo forman. Dentro del sistema GPS existen tres conjuntos de componentes denominados segmentos:

* Segmento Espacial.
* Segmento de control
* Segmento del usuario.
Se recogen a continuación las principales características de cada uno de ellos.



* SEGMENTO ESPACIAL

El Segmento Espacial está constituído por los satélites que soportan el sistema y las señales de radio que emiten. Estos satélites conforman la llamada constelación NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging), constituida por 24 satélites operativos más cuatro de reserva, mantenidos por la fuerza aérea estadounidense. No hay que olvidar, que el origen de este sistema es militar y su financiación corre íntegramente a cargo del gobierno de los Estados Unidos.

Existe también una versión rusa del sistema de posicionamiento global. Se trata de un intento incompleto que inició el gobierno ruso (Constelación Glonass), pero que acabó abandonando por falta de financiación. Esta constelación incompleta de satélites Glonass sólo se usa ocasionalmente como complemento al sistema GPS norteamericano en algunas aplicaciones de precisión.

Por otro lado, también existe en proyecto una versión europea modernizada del GPS que actualmente se encuentra en fase de elaboración. Liderado por la Agencia Espacial Europea, el Proyecto Galileo espera tener operativo todo su sistema a partir del 2008, si no hay problemas políticos o de financiación.

En medio de este escenario, el único sistema de posicionamiento global totalmente operativo a día de hoy es el norteamericano, con varias generaciones de satélites ya en órbita y funcionando, y con otra nueva generación de aparatos actualmente en fase de desarrollo que prometen mejorar considerablemente las prestaciones para antes de 2008.

Los 24 satélites y sus 4 de reserva de la constelación NAVSTAR, circundan la tierra en órbitas a una altura alrededor de los 20.200 km de la superficie (puede ser algo más o algo menos, dependiendo del satélite) y distribuidos de tal manera que en cada punto de la superficie terrestre se tiene posibilidad de leer la señal de al menos cuatro satélites. Esto es muy importante, porque se necesitan al menos cuatro satélites para conocer la posición del observador, y que estos se dispongan con un ángulo de elevación sobre el horizonte superior a 15°; no obstante, casi siempre son más de cuatro los satélites 'visibles'.

La constelación NAVSTAR envuelve de forma uniforme a todo el planeta. Puede verse la posición verdadera en tiempo real de cada satélite GPS utilizando este localizador...



Posición de los satélites GPS en tiempo real - Localizador de satélites

(en la ventana titulada "JTrack-3D" puntear con el ratón
los puntitos de los satélites: aparece su denominación,
y se dibuja automáticamente su órbita...)

 

Los satélites envían señales en la región de radio del espectro electromagnético. La señal en sí es muy compleja. Está formada por varios componentes que se estructuran sobre una señal principal con frecuencia de 10'23 MHz. A partir de esta señal principal y derivada de ella, se producen los dos componentes principales de la señal: las portadoras (carriers). Estas portadoras se emiten en la banda L del espectro (definida por el rango que va de los 390 MHz a los 1.550 MHz). La banda L del espectro es la que presenta mejor transparencia atmosférica, lo cual es muy importante para la precisión del sistema.

Las dos frecuencias portadoras (carriers) son denominadas L1 (1.575’42 MHz) y L2 (1.227’60 MHz). El empleo de dos frecuencias distintas se debe a que la atmósfera proporciona un cierto retardo en la propagación de las ondas, siendo este retardo función de la frecuencia. Al utilizar dos frecuencias distintas se puede conocer ese retardo y compensarlo en consecuencia.

Sobre las dos portadoras se insertan por modulación varios códigos cifrados que rigen el funcionamiento del sistema. Estos códigos transportan en código binario la información necesaria para el cálculo de las posiciones. El más básico es el código C/A (Coarse/Acquisition), que va dentro de la señal L1 mediante modulación. Este código es leído por todos los receptores (incluidos los navegadores más sencillos). Otro código modulado sobre el conjunto de la L1 y la L2 es el denominado P (Precise), que permite un incremento muy notable en la precisión del sistema y en la velocidad de medición. En función del número de observables que un receptor es capaz de leer y analizar va el precio del mismo; por ejemplo, un receptor que sólo lee código C/A es mucho más barato que un bifrecuencia de código P. Más adelante veremos un poco más en profundidad los principales tipos de aparatos existentes en el mercado.

Al ser un sistema nacido de la investigación militar y con una importancia geoestratégica obvia, el gobierno de los Estados Unidos se preocupó mucho de que pudiera garantizar el uso adecuado. En principio, se degradaba la señal intencionadamente para que los receptores civiles tuvieran un error mínimo intencionado que hiciera inapropiado su uso para aplicaciones militares. Era lo que se llamaba la Disposición Selectiva (Selective Availability) que condicionaba las lecturas a un error mínimo de 100 m. a través de la modificación de los datos de tiempo del satélite (reportados por los relojes atómicos a bordo) y alterando las efemérides de los satélites.

El 1 de Mayo de 2001, la Administración Clinton decidió eliminar esta fuente de error intencionada, dada la importancia económica que estaba tomando el GPS; a partir de ese momento, la precisión del sistema se mejora notablemente, tal y como se puede ver en los siguientes gráficos, en los que se documenta el momento en que se eliminó la Disposición Selectiva (S/A):




No obstante, existe otro modo de anular la señal en caso de existir un conflicto bélico en alguna región del planeta. A través del procedimiento de Anti-Spoofing (A-S), los gestores del sistema pueden encriptar totalmente la señal. Mediante el uso de un código adicional de alto secreto (denominado W), se consigue encriptar el código P, que pasa a denominarse entonces código Y; este código Y sólo se puede leer con receptores GPS militares autorizados, con lo que se garantiza la exclusividad mediante una denegación selectiva del servicio en zonas de conflicto.



* SEGMENTO DE CONTROL

El segmento de control son todas las infraestructuras en tierra necesarias para el control de la constelación de satélites, mantenidas por la fuerza aérea estadounidense. Dichas infraestructuras tienen coordenadas terrestres de muy alta precisión y consisten en cinco grupos de instalaciones repartidas por todo el planeta, para tener un control homogéneo de toda la constelación de satélites (situadas en las localizaciones que muestran el siguiente mapa)


Estas infraestructuras realizan un seguimiento continuo de los satélites que pasan por su región del cielo, acumulando los datos necesarios para el cálculo preciso de sus órbitas. Dichas órbitas son muy predecibles, dado que no existe fricción atmosférica en el entorno donde se mueven los satélites; a las predicciones de las órbitas de los satélites para el futuro se les conoce con el nombre de Almanaques, cuyo cálculo depende también del segmento de control.

Sin embargo, aunque muy predecibles, las órbitas también tienen una degradación debido a una serie de factores: desigual densidad de la gravedad terrestre, mareas gravitatorias provocadas por el alineamiento de la luna y los planetas, viento solar, etc. Todos estos factores conllevan pequeñas degradaciones sobre las órbitas que hay que tener en cuenta para que el sistema GPS sea preciso. Por ello, aquellas estaciones del segmento de control que están dotadas de antenas de referencia tienen también la función de subir a los satélites las correcciones de órbita para sus sistemas de navegación.

Dichas correcciones son transmitidas en la banda S, y una vez recibidas por cada satélite son incorporadas a los mensajes de navegación que el satélite emite para ser captados por el receptor del usuario. A estas órbitas recalculadas con los datos de corrección (suministrados por las estaciones de tierra) y su información de tiempo se les denomina efemérides. El usuario no experimentado no ve por ninguna parte rastro de las efemérides, pero hasta el navegador más sencillo las está utilizando en el momento en que estamos midiendo.

* SEGMENTO DEL USUARIO

El segmento del usuario está constituido por el hardware (equipos de recepción) y el software que se utilizan para captar y procesar las señales de los satélites. Es quizá la parte que más interesa a los usuarios del sistema GPS, puesto que del tipo de instrumental y métodos utilizados depende la precisión alcanzada.

El tipo de receptores va unido íntimamente al tipo de método elegido para la medición, y a su vez a la naturaleza de la aplicación que se desee realizar. Así, carece de sentido utilizar un receptor avanzado de doble frecuencia si no es en combinación con un método relativo, pues de no ser así se estaría utilizando un equipo que puede valer entorno a 24.000 Euros para conseguir la misma precisión que un lector de 300 Euros. Por ello, equipos, métodos y aplicaciones son indisolubles para el especialista.

 

TIPOS PRINCIPALES DE EQUIPOS GPS

Caracterizar todos los tipos de equipos GPS que existen en el mercado es casi imposible a día de hoy, dado el gran dinamismo del mercado y el amplio abanico de productos. Además, dicha clasificación puede realizarse por múltiples criterios, como por ejemplo en función de la arquitectura (receptores secuenciales, contínuos o multiplex), en función del método de funcionamiento (correlación de código o análisis de fase de la portadora), o en función de las aplicaciones a las que se destine.

Precisamente este último criterio será la base de la clasificación posterior, centrada en concreto en aquellos tipos de aparatos que a los técnicos en aplicaciones GIS les pueden ser más útiles. Hay que subrayar que la aproximación que se va a realizar puede ser deficitaria en algunos sentidos, y que puede que se descarten algunos tipos de receptores, a cambio de una simplificación intencionada que facilite una mayor comprensión al lector.

Para aplicaciones GIS, pueden destacarse los siguientes tipos de receptores:


NAVEGADORES CONVENCIONALES

Los navegadores son los tipos de receptores GPS más extendidos, dado su bajo coste y multiplicidad de aplicaciones. Consisten en receptores capaces de leer el código C/A, que pueden tener incluso capacidad para leer señales diferenciales vía radio o conexión software y también capacidad para representar cartografía sencilla en una pantalla de cristal líquido.

Permiten conocer las coordenadas en varios formatos y conversión de baja precisión a datum locales desde WGS84 (el sistema geodésico de referencia en GPS). También permiten la navegación asistida con indicación de rumbos, direcciones y señales audibles de llegada en rutas definidas por el usuario a través de puntos de referencia (waypoints).

Los precios de este tipo de navegadores pueden ir de los 200 a los 600 Euros aproximadamente, y sus precisiones pueden ir de los 25 m a los 7 m en planimetría, y un error de al menos 16 m en altimetría, dependiendo de la visibilidad de satélites y de la geometría que presenten los mismos.

En aplicaciones GIS, pueden ser utilizados para referenciar puntos a representar sobre cartografías pequeñas-medias, pero generalmente no son muy aptos porque no permiten trabajar con bases de datos geográficas definidas por el usuario ni permiten un almacenamiento de datos alfanuméricos personalizado.

A cambio, presentan la ventaja de que el usuario no tiene que tener ninguna formación específica para su manejo.



Típico GPS de tipo navegador


RECEPTORES DE C/A AVANZADOS

Son receptores que además de analizar el código C/A disponen de lectura (con ciertas limitaciones) de la fase portadora L1.

Estos receptores permiten el uso de metodologías diferenciales, en ocasiones bajo la forma de suscripciones a servicios vía satélite como OmniStar® o LandStar®, consiguiendo bajo esta metodología precisiones entorno a 1 m. en tiempo real.

Son muy aptos para aplicaciones GIS porque aparte de permitir una precisión compatible con la mayoría de las escalas usadas en GIS (siempre que se usen técnicas diferenciales), permiten el manejo de bases de datos geográficas realizadas por el usuario.

Con este tipo de receptores, conectados con ordenadores portátiles y otros dispositivos móviles, es posible tanto capturar como replantear (ubicar coordenadas del plano en el terreno), con una precisión métrica. Ello es posible porque el DGPS vía satélite permite correcciones en tiempo real.





Equipo GPS compatible con correcciones diferenciales difundidas vía satélite

Los dispositivos móviles que se conectan a este tipo de receptores suelen ser PDAs (Personal Digital Assistant), corriendo programas específicos para este tipo de tareas, como ArcPAD™ de ESRI® o Pocket GIS™ de Pocket Systems Ltd®. Dichos programas suelen leer varios tipos de formatos vectoriales (generalmente SHP) y raster, lo que permite una fácil integración de los datos GIS.

De esta forma, podemos llevar nuestras bases de datos al terreno y conocer nuestra posición en tiempo real, con una pantalla en color donde ver la cartografía y acceso a bases de datos asociadas. Es como llevar una versión reducida del GIS al terreno.




PDA configurado para trabajar con cartografía digital y el receptor GIS de la imagen anterior


En cuanto a la corrección diferencial, es muy frecuente que ésta sea proporcionada vía satélite mediante suscripción a un sistema de pago. Este tipo de servicio tiene la enorme ventaja de que se dispone de corrección instantánea sin necesidad de montar ninguna estación de referencia, y para casi para cualquier parte del globo en tiempo real. Dicha suscripción suele tener un precio anual de alrededor de 1.400 Euros para precisión métrica y un solo país; también se puede contratar por períodos limitados de semanas, meses o incluso por días avisando por adelantado.

El precio aproximado de un equipo de estas características, incluyendo el PDA y la suscripción al sistema DGPS vía satélite por un año está entorno a los 6.000 Euros.



principio del GPS diferencial



RECEPTORES GEODÉSICOS CON MEDICIÓN DE FASE SOBRE L1

Son receptores que trabajan con la onda portadora L1, acumulando información que con postprocesado en gabinete permite obtener precisiones relativas centimétricas en el mejor de los casos para distancias de hasta 25 ó 30 km y submétricas para distancias de hasta 50 km. Permiten el cálculo de vectores con su evaluación estadística y son aptos para el ajuste de redes, aunque se trata de una tecnología vieja hoy en día.

Este tipo de receptores suelen ser usados con métodos relativos estáticos, con el uso de estaciones de referencia complementarias. Muchos de ellos son también compatibles con los servicios DGPS vía satélite comentados anteriormente trabajando en lectura de código exclusivamente, mediante la incorporación de una tarjeta electrónica de expansión y la suscripción al sistema.

Su precio suele estar entorno a 10.000 Euros (sin incluir estación base de referencia ni otro tipo de suscripciones a corrección DGPS vía satélite).



RECEPTORES GEODÉSICOS DE DOBLE FRECUENCIA

Trabajan con la portadora L1 y también con la L2, lo cual permite disminuir los errores derivados de la propagación desigual de la señal a través de las distintas capas atmosféricas (sobre todo la ionosfera) y resolver un gran número de ambigüedades.

Con este tipo de equipos se pueden llegar a precisiones por debajo del centímetro con postprocesado para distancias de hasta 10 km, y por debajo del metro para distancias de hasta 500 km.

Además de con técnicas de postprocesado en gabinete, los receptores bifrecuencia también se usan con correcciones en tiempo real. Para este último caso, lo normal es usarlos junto con algoritmos RTK (Real Time Kinematic), que permiten precisiones centimétricas en tiempo real en combinación con estaciones de referencia.

Algunos de ellos son compatibles con sistemas DGPS vía satélite; los servicios de corrección de última generación vía satélite junto con lectores de doble frecuencia permiten llegar hasta precisiones decimétricas en tiempo real, si bien no es muy normal ver este tipo de metodologías junto este tipo de receptores.

El precio de un receptor bifrecuencia de última generación está entorno a 30.000 Euros (incluyendo un receptor adicional para operar como estación base, un emisor de radio para enviar la corrección de la señal y tecnología RTK de inicialización instantánea).



Configuración típica de un equipo bifrecuencia de gama alta


Este último tipo de receptores son más apropiados para tareas de geodesia y topografía que para aplicaciones GIS, donde generalmente no se necesita bajar del metro de precisión.




RECEPTORES EN TELÉFONOS MÓVILES QUE COMBINAN LA LECTURA SATELITARIA + SEÑAL ANTENA DE LA OPERADORA (ASSISTED GPS)

Se trata de una tecnología que ha mejorado el funcionamiento de navegadores GPS que van instalados en dispositivos smartphones o teléfonos móviles.

La firma Nokia lo está aplicando en sus teléfonos, y lo equipan por defecto los terminales que salen al mercado con GPS, como el reciente Nokia 6110.

El funcionamiento tradicional de los navegadores GPS se basa en la recepción de datos sobre la posición de unos cuantos satélites que continuamente orbitan la Tierra. Con la información de los que están más cercanos se realizan el cálculo de la posición actual y entonces puede comenzar la navegación. Este proceso inicial, denominado TTFF (Time To First Fix) o tiempo para la primera localización o posicionamiento, suele ser muy largo, en general del orden de minutos. Está claro que si se quiere localizar un lugar de forma rápida y con ayuda del navegador del teléfono móvil, es un engorro esperar varios minutos a que el sistema localice los satélites que tiene encima, los identifique y empiece a comprobar que los datos que envía son ciertos.

La firma Nokia ha implantado, precisamente, este sistema A-GPS para que en sus móviles con GPS se puedan usar sus Nokia Maps de forma más veloz.

¿Cómo funciona?

Con el sistema A-GPS se aprovecha que se está usando un teléfono móvil para lograr una localización y posicionamiento más rápido, nada más iniciar la aplicación.

Así, en cuanto se enciende el teléfono, se enviará a un servidor externo la identificación de la antena de la operadora (con la que el teléfono mantiene contacto), y el teléfono obtendrá como respuesta los satélites que tiene encima y su posición inmediata (al estar almacenados en el servidor externo, según la posición, que da datos de unos satélites o de otros), de manera que la puesta en marcha de la navegación GPS es más rápida.

La información que se recibe en el móvil -via la operadora de telefonía- llega normalmente en código HTTP.

Ventajas:

Las ventajas de este sistema son principalmente tres:

  • Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
  • Mayor autonomía de la batería, pues los cálculos iniciales no los hace procesador del GPS del teléfono, sino que ya llegan desde el servidor externo.
  • Necesidad menor de señales fuertes provenientes de los satélites al inicio de la navegación.

También se abre la posibilidad de que terceros ofrezcan servicios personalizados basados en esta tecnología.

Inconveniente:

El principal inconveniente de esta nueva tecnología es el precio: pues la información que llega del servidor externo es mediante 'tráfico de datos', y este concepto repercute en la factura que presenta la operadora de telefonía (debiendo tener especial atención en el caso de roaming).



Teléfono móvil funcionando con A-GPS
y Nokia Maps




PRINCIPALES TIPOS DE MÉTODOS GPS

Como se ha señalado, el instrumental utilizado (tipo de receptor), la precisión buscada y el método empleado son elementos que van unidos indisolublemente, de tal manera que ha de ser adecuada la manera en que elegimos el receptor para la aplicación que vamos a realizar y teniendo en cuenta la metodología.

A continuación, se expone una síntesis de las formas de trabajar que existen en GPS, auque dichas formas de trabajo tienen fundamentos mucho más sofisticados que lo que aquí puede exponerse.


A. Métodos Basados en la Lectura de Código.

A.1. Método Absoluto:

Es el utilizado por los navegadores más sencillos, en el cual el usuario no tiene que hacer prácticamente nada pues el navegador se encarga de sintonizar la señal de cada satélite, ajustar su reloj, computar las distancias y calcular la posición en consecuencia. En función del tipo de receptor que dispongamos, este método tiene una precisión planimétrica entre 7 m y 25 m, dependiendo de la geometría de la constelación y de la calidad con que nos llegue la señal.

A.2. Método Diferencial (DGPS):

Consiste en la utilización de un receptor móvil y una estación (o estaciones) de referencia sobre coordenadas conocidas. La idea básica para comprender el fundamento del DGPS es la utilización de receptores sobre puntos de coordenadas muy bien conocidas; estos receptores (llamados estaciones de referencia), leen en todo momento las posiciones reportadas por sus observaciones GPS y las comparan con las posiciones teóricas de sus coordenadas conocidas.

En tiempo real, las estaciones de referencia transmiten las correcciones a realizar a los receptores del usuario, que también está leyendo directamente la señal GPS y que al vuelo coge dichas correcciones y las aplica a sus medidas, con lo cual se mejora notablemente la precisión del sistema.

La manera de obtener las mediciones diferenciales depende del lugar del mundo de que se trate. En los Estados Unidos, es fácil adquirir correcciones DGPS vía radio y con bastante calidad de forma gratuita. En algunos países de Europa también es aplicable esta metodología. En el caso concreto de España, existe en teoría un sistema de radiodifusión de correcciones DGPS gestionado por el IGN y que se emite junto a la señal de Radio Nacional sobre FM, utilizando el sistema de codificación de información RDS. Sin embargo, las correcciones DGPS de Radio Nacional no están operativas para todo el país, y a nivel profesional parece que no se usan mucho. Sí es bastante operativo, en cambio, el sistema en el caso concreto de Cataluña, donde el ICC gestiona por su parte el sistema Rasant. Las precisiones utilizando DGPS vía radio pueden ir de los 5 m a 1 m.

Otra manera de conseguir correcciones diferenciales es a través de la suscripción a un servicio de pago vía satélite. En este caso las correcciones vienen proporcionadas por satélites geoestacionarios cuya señal cubren casi todo el planeta. Servicios de este tipo son OmniStar® o LandStar® y dan servicio a casi cualquier país (salvo las zonas de latitudes muy altas).

Las precisiones obtenidas vía satélite nos dan una resolución sobre el metro y tienen la enorme ventaja de que pueden recibirse en cualquier sitio, sin necesidad de tener que cargar con una estación de referencia.

En aplicaciones GIS, la solución DGPS junto con un servicio de pago por satélite es muy apropiada, pues nos permite cartografiar hasta escalas 1:5.000 y con servicio en tiempo real, con lo cual puede interactuarse con bases de datos geográficas propias y capturar información de forma fácil y sencilla.

El precio de la suscripción viene a costar al año sobre 1.400 Euros (para precisión métrica y el ámbito de un solo país). También puede contratarse por períodos limitados de semanas, meses o incluso por días avisando por adelantado.


B. Métodos Relativos Basados en Medida de Fase de Portadoras.

Los métodos relativos también utilizan dos o más receptores para el cálculo de las posiciones, pero en vez de sólo con lecturas de código también con análisis de fase de portadora.

Básicamente, el principio lógico es el mismo que veíamos en el caso del DGPS con lectura de código: ubicar una estación (llamada estación de referencia) sobre un punto de coordenadas muy bien conocidas y comparar las posiciones que está calculando con su receptor GPS con la posición real donde está ubicada. Después, las conclusiones acerca de los errores detectados son aplicados a las mediciones tomadas por otro receptor que está ubicado en una posición no conocida, con lo cual se consigue mejorar significativamente la precisión de sus medidas.

A su vez, existen varios tipos de métodos relativos que se relacionan a continuación:

B.1. Método Relativo Estático:

Consiste en la utilización de un receptor base sobre un punto de coordenadas conocidas y otro receptor sobre el punto a medir. Ninguno de los dos receptores se mueve durante los prolongados tiempos de medición.

Es un método utilizado en geodesia para medir a largas distancias y es hoy por hoy la manera más precisa de obtener coordenadas por GPS. Su precisión depende de los tiempos de medición y sobre todo el tipo de receptor empleado. Hay que recordar que este método se puede aplicar con receptores de fase de portadora L1 o con receptores de fase de portadoras en bifrecuencia (L1+L2). En el caso de receptores de doble frecuencia la precisión del sistema viene a ser de 5 mm + 1 ppm.

Las coordenadas medidas no son obtenidas por el usuario en el campo, sino que son calculadas en gabinete utilizando el software apropiado. Dicho software pone en relación las series de la estación (o estaciones de referencia) con las series de los receptores de medida. Como la estación de referencia ha estado ubicada en un punto de coordenadas conocidas, puede saberse en cada momento de la medición qué error aproximado estaban induciendo los satélites; dicho error es compensado sobre la serie del receptor medidor.

La idea principal de este método es que las señales que han llegado hasta la estación base han recorrido prácticamente la misma región atmosférica que las señales que han llegado hasta el receptor medidor, con lo cual ambas señales han estado sometidas al mismo tipo de degradaciones (sobre todo por efecto de la ionosfera).

Los receptores de dos portadoras (L1 y L2) al utilizar dos frecuencias distintas permiten resolver mayor número de ambigüedades y dar mayor precisión; ello es así porque los retardos atmosféricos son función de la frecuencia de la señal, luego si se utilizan dos frecuencias distintas puede disponerse de más información acerca de qué retardos y degradaciones ha tenido la señal en su camino hasta el receptor.

B.2. Método Relativo Cinemático:

El método anterior puede que sea muy preciso, pero tiene un grave inconveniente: no se conocen las coordenadas corregidas en el momento en que se está en el campo. Ello implica una serie de limitaciones, de las cuales las más importante son:

* No es posible capturar elementos formados por un número muy elevado de puntos (por ejemplo, el trazado de una pista forestal o de toda una carretera).
* No es posible replantear (llevar información plasmada en el plano al terreno)
* No es posible interactuar en tiempo real con bases de datos geográficas propias.

En el caso de aplicaciones GIS en las cuales la precisión no es esencial y sin embargo sí lo es la captura de información y la interacción en tiempo real con bases de datos geográficas, este tipo de limitaciones son definitivas. Por eso, los métodos relativos estáticos son más propios del campo de la geodesia y la topografía que del campo del GIS.

¿En qué consiste el método relativo cinemático?. Básicamente el principio es similar al relativo estático: el uso de una estación de referencia sobre un punto de coordenadas conocidas y otro receptor medidor. La diferencia estriba en que este receptor medidor es ahora móvil, es decir, no permanece estático durante el tiempo de medición sino que cambia su posición.

Con este tipo de método ya pueden capturarse los trazados de elementos geométricamente irregulares (carreteras, caminos, etc.), todo ello a cambio de una cierta disminución en la precisión general del sistema.

En este caso, con receptores geodésicos de fase de portadora L1 se pueden conseguir precisiones de 10 ppm con medición sobre al menos 5 satélites y para distancias de la estación base inferiores a 3 km. Para receptores geodésicos de doble frecuencia, se consiguen precisiones de 5 mm + 1 ppm.

Sin embargo, en este caso las coordenadas corregidas tampoco se obtienen en el momento de estar midiendo en el campo, sino que son calculadas en gabinete con postprocesado.

Para resolver este inconveniente (de vital importancia en el campo de las aplicaciones GIS), se han desarrollado métodos relativos en tiempo real. Ya se vió anteriormente el modo diferencial DGPS, que permite operar con datos en tiempo real y que se consideraba muy apropiado para aplicaciones GIS.

En métodos de fase de portadora, también existen métodos de tiempo real y con mayor precisión. Hoy en día se puede llegar a trabajar con posiciones centimétricas en tiempo real, lo que hace muy apropiado este método para tareas de la topografía de obras (especialmente el replanteo).

Así, en modo RTK (Real-Time Kinematik), con el que trabajan los receptores de última generación, pueden conseguirse precisiones centimétricas con tiempos de inicialización instantáneos. Esto garantiza una alta productividad de los operadores, que además de no perder tiempo en la inicialización ya no requieren de auxiliares que les porten el jalón al punto de medida como ocurría con los métodos basados en topografía clásica.

En cuanto a las precisiones, con receptores bifrecuencia de última generación se pueden conseguir 10 mm + 2 ppm con inicialización instantánea y RTK.

Sin embargo, existen algunos inconvenientes de cara a la aplicación en GIS. En primer lugar, hay que portar con una estación de referencia a ubicar en un punto con coordenadas muy bien conocidas (lógicamente, con precisión milimétrica en planimetría). En segundo lugar, algunos de estos sistemas funcionan con colectores de datos no apropiados para las tareas GIS. Dichos colectores tienen pantallas alfanuméricas que las hacen aptas para tareas de replanteo y geometría de coordenadas, pero no permiten la carga de bases de datos como las que se requieren en GIS (ficheros raster, ficheros SHP, etc.)

Adicionalmente, no hay que olvidar que a mayores precisiones, mayores requerimientos de conocimientos se necesitan por parte del usuario. El adquirir un receptor sofisticado no significa un uso adecuado. Por ejemplo, el mismo traspaso de coordenadas del sistema WGS84 con que trabaja el GPS a un datum local propio, puede dar al traste con toda la precisión que se haya conseguido primero, si no se es cuidadoso.

Lo mismo hay que decir de las coordenadas de partida donde se estaciona el receptor de referencia. Si estas coordenadas no tienen una precisión adecuada, tampoco podrá sacarse rendimiento al sistema.

En tareas GIS convencionales de inventariado de recursos e infraestructuras, una aplicación que permita conocer las coordenadas con 1 m de precisión en planimetría y en tiempo real parece la más adecuada para la mayor parte de los casos. Si además es flexible de cara a la portabilidad de la información en colectores de datos de tipo PDA, entonces es una opción muy aconsejable.

El uso de método DGPS junto con programas GIS reducidos como ArcPad™ corriendo sobre dispositivos móviles PDA reúne todas estas características