martes, 11 de octubre de 2011

USO DEL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL

USO DEL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
1. INTRODUCCIÓN

Un Sistema de Información Geográfica (SIG o GIS, en su acrónimo inglés) es una integración organizada de hardware, software, datos geográficos y personal, diseñado para capturar, almacenar, manipular, analizar y desplegar en todas sus formas la información geográficamente referenciada con el fin de resolver problemas complejos de planificación y gestión. También puede definirse como un modelo de una parte de la realidad referido a un sistema de coordenadas terrestre y construido para satisfacer unas necesidades concretas de información.

La razón fundamental para utilizar un SIG es la gestión de información espacial. El sistema permite separar la información en diferentes capas temáticas y las almacena independientemente, permitiendo trabajar con ellas de manera rápida y sencilla, y facilitándonos, como profesionales ,la posibilidad de relacionar la información existente a través de la topología de los objetos, con el fin de generar otra nueva que no podríamos obtener de otra forma.

Para la geografía, la geología, la topografía, la biología y demás ciencias que hacen uso de la información geográfica, como los forestales,  los SIG han constituido una verdadera revolución para el conocimiento de los elementos y fenómenos que tienen lugar en la superficie terrestre. En su evolución histórica está mayoritariamente aceptada la existencia de unos periodos más o menos claros y definidos que engloban las distintas fases por las que ha transcurrido la evolución de los SIG desde su aparición hace casi cuarenta años.

El presente informe detalla la experiencia tenida en campo con el uso del GPS, como también muestra los resultados de los datos tomados. Esto teniendo en consideración que los datos de todo un proyecto son la parte más importantes de éste y muchas veces se llevan el 80% del costo del proyecto.

2. OBJETIVOS

  • Aprender a utilizar el receptor del GPS y conseguir familiarizarnos en la toma de datos creados en campo con un receptor GPS.
  • Realizar el levantamiento de 40 puntos tomados de forma manual “Waypoint”,  como medida de práctica de esta técnica.
  • Conocer y practicar las diferentes técnicas que tiene el receptor del GPS y determinar su optimización de uso.
  • Establecer diferencias en la utilidad de los diferentes métodos aplicados para obtener datos de posicionamiento sobre un terreno.

3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

3.1. El Sistema GPS

La forma tradicional de posicionamiento, es decir, de conocer nuestra posición, es utilizar un mapa (representación simbólica a escala del territorio) localizando puntos conocidos mediante la interpretación del mismo y la observación real directa. Una vez localizada nuestra posición actual podemos utilizar la brújula para decidir hacia dónde ir, es decir, para orientarnos.

Un paso más allá de la brújula y el mapa, y acorde con los cambios tecnológicos continuos que nos está tocando vivir, nos encontramos con el GPS. 

3.2. Descripción

Realmente las siglas GPS significan Global Positioning System o Sistema de Posicionamiento Global y consiste en un sistema compuesto por una red de 24 satélites operativos orbitando alrededor de la Tierra y unos receptores GPS (que son los instrumentos que realmente llevamos encima) que permiten determinar nuestra posición en cualquier lugar de nuestro planeta, ya sea de día o de noche, en los polos o en el desierto y bajo cualquier condición meteorológica, Dicho sistema está apoyado por unas estaciones de control terrestres, coordinado todo por un centro de Control.


Hay que añadir que el sistema GPS es, en su origen, un sistema militar y es propiedad del Gobierno de los EEUU que lo gestiona a través de su Departamento de Defensa. Europa, conjuntamente con otros países como China, actualmente está poniendo en marcha su propio sistema de posicionamiento global llamado GALILEO, por lo que aproximadamente d entro de 3 o 4 años (operativo en el 2008) dispondremos de un sistema propio europeo.

3.3. Funcionamiento

Los receptores GPS (un receptor GPS solo recibe señales, no envía ningún tipo de ellas) reciben, a través de su antena, las señales de radio enviadas por los satélites y las procesan, de tal manera, que van recibiendo los datos de la posición en el espacio de cada uno de los satélites, el tiempo exacto en UTC (Universal Time Coordinated) de cuando fue enviada esa información, información de las órbitas y de los otros satélites de la red.

De esta manera el receptor GPS va recibiendo las señales de los satélites por orden de intensidad y cuando capta al menos 3 de ellos entonces puede conocer la distancia a cada uno de los mismos (ya que conoce la posición y el tiempo que ha tardado la señal en propagarse a la velocidad de la luz) y puede calcular la propia posición en la Tierra mediante un cálculo parecido a la triangulación (se consideran más factores y parámetros). La constelación de satélites ha sido diseñada para poder ver en circunstancias normales como mínimo 4 satélites en cualquier lugar del mundo, por lo que la señal de un cuarto satélite nos permite tener más precisión en los cálculos y saber también la altitud.

Todas estas informaciones nos las va presentando el receptor GPS en pantalla. Hay que tener en cuenta que a pesar de que se utiliza una tecnología lo suficientemente precisa, en su uso real se están consiguiendo precisiones de más/menos 5-10 metros ya que la precisión máxima se determina por la suma de varias fuentes de error como son la ionosfera y la atmósfera terrestres que causan retrasos en la señal GPS, los relojes de los satélites, los receptores, la recepción con trayectoria múltiple, la configuración de los satélites, entre otros.


3.4. COMPONENTES DEL GPS

Sistema de satélites: Está formado por 24 unidades con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie del globo terráqueo. Más concretamente, repartidos en 6 planos orbitales de 4 satélites cada uno. La energía eléctrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a partir de dos paneles compuestos de celdas solares adosados a sus costados. 

• Altitud: 20.200 km 
• Período: 11 h 56 min 
• Inclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre). 
• Vida útil: 7.5 años 


Estaciones terrestres: Envían información de control a los satélites para controlar las órbitas y realizar el 
mantenimiento de toda la constelación. 

• Estación principal: 1 
• Antena de tierra: 4 
• Estación monitora (de seguimiento): 5 


Terminales receptores: Indican la posición en la que están; conocidas también como Unidades GPS, son las que podemos adquirir en las tiendas especializadas. 



3.5. FIABILIDAD DE LOS DATOS

Debido al carácter militar del sistema GPS, el Departamento de Defensa de los EE.UU. se reservaba la posibilidad de incluir un cierto grado de error aleatorio, que podía variar de los 15 a los 100 m. La precisión intrínseca del sistema GPS depende del número de satélites visibles en un momento y posición determinados.


Con un elevado número de satélites siendo captados (7, 8 o 9 satélites), y si éstos tienen una geometría adecuada (están dispersos), pueden obtenerse precisiones inferiores a 2,5 metros en el 95% del tiempo. Si se activa el sistema DGPS llamado SBS (WAAS-EGNOS-MSAS), la precisión mejora siendo inferior a un metro en el 97% de los casos. (estos sistemas SBS no aplican en Sudamérica, ya que esta parte del mundo no cuenta con este tipo de satélites geoestacionarios)

3.6. FUENTES DE ERROR

Es posible que el sistema presente fallas o equivocaciones, las causas más comunes se presentan a continuación:

- Retraso de la señal en la ionosfera y la tropósfera. 
- Señal multirruta, producida por el rebote de la señal en edificios y montañas cercanos. 
- Errores de orbitales, donde los datos de la órbita del satélite no son completamente precisos. 
- Número de satélites visibles. 
- Geometría de los satélites visibles. 
- Errores locales en el reloj del GPS. 

3.7. Aplicaciones 



• Navegación terrestre (y peatonal), marítima y aérea. Bastantes automóviles lo incorporan en la actualidad, siendo de especial utilidad para encontrar direcciones o indicar la situación a la grúa. 
• Topografía y geodesia. 
• Localización agrícola (agricultura de precisión), ganadera y de fauna. 
• Salvamento y rescate. 
• Deporte, acampada y ocio. 
• Para localización de enfermos, discapacitados y menores. 
• Aplicaciones científicas en trabajos de campo (ver geomántica). 
• Geocaching, actividad deportiva consistente en buscar "tesoros" escondidos por otros usuarios. 
• Se utiliza para rastreo y recuperación de vehículos. 
• Navegación Deportiva. 
• Deportes Aéreos: Parapente, Ala delta, Planeadores, etc. 
• Existe quien dibuja usando tracks o juega utilizando el movimiento como cursor (común en los GPS garmin). 
• Sistemas de gestión y seguridad de flotas. 

3.8. El GPS garmin 12XL

El GPS garmin 12XL es un receptor de 12 satélites en paralelo para la recepción rápida de los satélites aunque estés en el bosque mas tupido. Además de un receptor el GPS es un navegador que admite más de 106 datum y 7 formatos de parrilla y una del usuario que te  permite definir tus propios parámetros de mapa. 


Puedes almacenar tu posición como uno de los 500 waypoints libres o sumarla a cualquiera de las 20 rutas posibles y la función de  posición media te permite fijar la posición con una extraordinaria precisión. Una robusta carcasa te permite manejarlo en las condiciones más duras. El GPS 12XL usa un teclado  ergonómico para un fácil manejo con una sola mano y posee un sistema operativo amigable y fácil de conocer 
rápidamente. Con cuatro pilas AA te proporcionan hasta 24 horas de uso y puede ser completado con una amplia variedad de accesorios.

4. METODOLOGÍA

4.1. Método WAYPOINT

• Se observó el área de estudio y se escogieron puntos representativos, fácilmente reconocibles en la imagen.

• Se marcó los puntos escogidos en la imagen de trabajo con una pequeña descripción del terreno en la realidad, para poder realizar luego el mapa de usos actuales de las tierras.

• Al trabajar con el RECEPTOR se verifica que la hora es la correcta, comparándola con la diferencia de husos horarios  (5 horas).

• Luego, se esperó hacer contacto con o más de 4 satélites, para tener la posición más precisa, y la observación de “3D” en la esquina superior izquierda. Para el error se escatimó uno no menor de 7metros.

• Con esas condiciones fue factible tomar el punto. Para lo cual se presionamos la tecla MARK, una vez capturada la posición presionamos ENTER con lo que nuestro punto se guardará en el aparato e ira formando parte del croquis que este receptor nos brinda.

• Al terminar de marcar el punto se verifica que se haya guardado en la memoria, pasando con la tecla PAGE e identificar el punto en la página correspondiente.

• Luego se apaga el RECEPTOR hasta llegar al siguiente punto para ahorrar energía de las baterías.

• Al final de la toma de puntos, se anotaron los datos de ubicación proporcionados por el RECEPTOR, en la unidad que hayamos seleccionado para trabajar (UTM).

4.1.1. Escala de las imágenes utilizadas 

Se nos proporcionaron dos imágenes satelitales:

Imagen 1: de mayor escala para la ubicación del terreno.

Imagen 2: de menor escala (más amplificada) que es la que se usó para desarrollar la práctica.

Para determinar la escala de las imágenes se midió un tramo en la realidad con huincha para luego medir el mismo tramo en las imágenes proporcionadas. Así obtener las escalas de cada una mediante la relación:

Medida en imagen (m) -------------- Medida en la realidad (m)

1 metro en la imagen   --------------   “X” (denominador de la escala)

4.2. Método TRACKINGPOINT-con distancias

• Se escogió la ruta a recorrer y antes a la toma de puntos se dio un recorrido previo  para reconocer el trayecto y no tener inconvenientes.

• Se usó una motocicleta de 4 tiempos, a velocidad relativamente constante.

• Antes de partir, con el botón PAGE se ubica el Menú y se selecciona la modalidad  WRAP con el uso de las flechas y la tecla ENTER para seleccionar el cursor, poner la opción AUTO y también escoger la distancia a programar para la toma automática de puntos ( 50m. ) .

• Al partir se presiona ENTER en la opción WRAP que vamos a escoger y automáticamente empezará a marcar los puntos cada 50 metros.

• Para terminar, al llegar al mismo punto de inicio se selecciona OFF con la tecla ENTER y el proceso se detendrá.

4.3. Método TRACKINGPOINT-con tiempos

• Se escogió la ruta a recorrer a pie a una velocidad constante.

• Antes de partir, con el botón PAGE se ubica el Menú y se selecciona la modalidad  WRAP con el uso de las flechas y la tecla ENTER para seleccionar el cursor, poner la opción INTERVALOS DE TIEMPO  y también escoger cada cuanto tiempo se desea que se tomen automáticamente los puntos.

• Al partir se presiona ENTER en la opción WRAP que vamos a escoger y automáticamente empezará a marcar los puntos cada 2 minutos.

• Para terminar, al llegar al mismo punto de inicio se selecciona OFF con la tecla ENTER y el proceso se detendrá.

5. RESULTADOS

5.1.1. Mapa de ubicación y usos actuales



5.1.2. Descripción de los puntos tomados


5.1.3. Escala de las imágenes utilizadas 

Escala de la Imagen Satelital 1 = 1 / 20 711.11

Escala de la Imagen Satelital 2 = 1 / 4 301.588462

5.2. Resultados del método TRACKING-con distancias

5.2.1. Delineación de la Ruta



5.2.2. Descripción de los puntos obtenidos


5.3. Resultados del método TRACKING-con tiempos

5.3.1. Delineación de la Ruta



5.3.2. Descripción de los puntos obtenidos


Nota: Este ejercicio no se pudo concluir por falta de tiempo, por lo tanto que existe un tramo del recorrido que no cuenta con coordenadas de GPS.

6. DISCUSIONES

• Se diseño el recorrido del método tracking para evitar paradas que generen nubes de puntos ya que estos se generan de manera automática.

• Es posible hallar la escala de las imágenes utilizadas en función de las medidas de un objeto en la imagen y de este en la realidad por diferencia de los puntos obtenidos en la toma de datos.

• En el método del tracking por tiempo, al usar 4 minutos como se nos indicó nos salieron muy pocos puntos como para poder unirlos y que den un recorrido semejante al que se realizó, al tratar de ponerlo en un marcador automático de menos tiempo, 2 minutos, nos demoramos en comprobar que el cambio que hicimos en el receptor fuera el correcto, no pudiendo terminar el recorrido establecido. 

• En el método de distancias se obtuvieron 7 puntos, muy pocos para la forma y el tamaño del recorrido. En la de tiempos, 9 puntos, que tampoco fueron suficientes.

• Algunos puntos fueron mal seleccionados en el planeamiento del recorrido, esto ya que no se llegaba a establecer la conexión con los 4 satélites requeridos como mínimo o un error menor de 7 metros. Por  lo que fue necesario redefinir un nuevo punto para cumplirlas características básicas que aseguren una captura del punto más exacta.

• Para el método de distancias no es necesario controlar la velocidad con la que se realiza el recorrido, debido a que siempre va a marcar cada determinada distancia, de esta forma se podría maximizar el tiempo a emplear. Mientras que en el otro si es necesario tener en cuenta la velocidad constante.
 
• Los puntos en la metodología de WAYPOINT se distribuyeron proporcionalmente de acuerdo al área que se muestreo, para obtener una distribución homogénea y en función a la finalidad del proyecto.

7. CONCLUSIONES

• Para poder empezar un muestreo de puntos de GPS por primera vez, debemos conocer las características del mismo y contar con un manual que sirva en caso de algún percance con la operación del receptor.

• Hay que tener mucho cuidado a la hora de seleccionar la distancia y el tiempo requerido para cada tramo en el método del tracking, teniendo encuentra la longitud del recorrido y la complejidad, en forma, de éste y así evitar distorsionar el recorrido.

• El uso del receptor se limita a lugares relativamente abierto para asegurar una conexión directa con los satélites y evitar errores “multicaminos”. 

• Si no se puede controlar la velocidad de recorrido es necesario o preferible seleccionar la modalidad de tracking por distancias.

• El método de Waypoint nos resultó más amigable y manejable para levantar un terreno en un mapa.

• Los métodos de trakingpoint son muy útiles pero se debe asignar la distancia y/o el intervalo de tiempo acorde con las características del trayecto como se concluye anteriormente.

• Para la teledetección, este sistema de posicionamiento global es una herramienta importante, ya que está trabaja con imágenes y uno de sus objetivos es la obtención de mapas los cuales necesitan estar ubicados en el globo. Al final lograr establecer una  relación entre los elementos de la imagen satelital y lo que se encuentra realmente en el terreno (escalas).

• Para nosotros como forestales, el manejo de este sistema de posicionamiento es importante debido a que nuestro trabajo característico se desarrolla en campo y es necesario ubicarse en él. Pero no es la única forma de hacerlo y los métodos clásicos siempre libran de imprevistos que puedan suceder a las nuevas tecnologías como problemas por la humedad o por falta de interacción con los satélites. 

8. BIBLIOGRAFÍA

• Google Earth. Revisión de imágenes satelitales. 
• Comercio Electrónico Virtual (e-global.es/.../gps-y-mapas-del-nuevo-iphone-3g/)
• GPS - Sistema de Posicionamiento Global - Concepto y Genera
• www.taringa.net/prev.php?id=963848
• Instituto del bien común
• http://www.ibcperu.org/doc/public/src/00362.pdf
• Geocities (http://ar.geocities.com/valdezda/proyectos/gpslogger_II.htm)
• Imágenes de GPS (http://www.fotogps.com/gps/index.html)
• Concepto general del Sistema de Posicionamiento Global (http://es.wikipedia.org/wiki/GPS)

1 comentarios:

Una ayuda muy buena para saber encontrar el sitio que queramos con estos sistemas de posicionamiento, muy bien explicado

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