Sistema de posicionamiento global GPS

Las siglas “GPS” han pasado a formar parte de nuestro hábito lingüístico. Su significado es de sobra conocido: “Global Positioning System”, o Sistema de Posicionamiento Global.

Y también es ampliamente conocido su uso: establecer la posición en coordenadas de latitud y longitud en cualquier lugar de la Tierra. Detrás de estas siglas y para que constantemente se sepa la posición, hay en marcha un complejo sistema de satélites y estaciones terrestres.

Orígenes y evolución del GPS

El GPS fue desarrollado originalmente por el Departamento de Defensa (DoD) de Estados Unidos dentro del programa NAVSTAR ( NAVigation Satellite Timing And Ranging).

Durante años los barcos, aviones y unidades terrestres del Ejército estadounidense hicieron uso exclusivo del sistema dando muestra de una gran utilidad.

La comunidad internacional, con el pretexto de la mejora de la seguridad aérea y marítima, llegó a un acuerdo de uso compartido con las Fuerzas armadas, dando lugar en 1995 al uso público del GPS, aunque Estados Unidos estableció como condición la capacidad de alterar la exactitud de las posiciones con motivo de salvaguardar su propia seguridad y de las operaciones militares (algo que solo pone en marcha en lugares de conflicto bélico en determinadas circunstancias y que afecta únicamente a la señal civil).

El sistema de posicionamiento por satélite vino a sustituir al viejo sistema LORAN, cuyos satélites daban la posición bajo su cobertura dos veces al día. Otro de los sistemas de posicionamiento, igualmente eficiente, aunque menos conocido, es el desarrollado por la Agencia espacial rusa.

Sistema de posicionamiento GLONASS

Bajo el nombre de GLONASS (GLObal NAvigation Satellite Service) la Federación Rusa creó hace 30 años un sistema parecido al GPS, con similares prestaciones y similar modo de funcionamiento, pero totalmente libre, aunque con una exactitud ligeramente inferior al GPS.

El GLONASS es un sistema de posicionamiento por satélites orbitales en tres dimensiones (latitud, longitud y altura), velocidad tridimensional y tiempo. Está gestionado por la Agencia espacial rusa, abarcando a una comunidad de usuarios similar a los que utilizan el GPS.

La constelación satelital está integrada por 24 unidades, cuyo uso es libre y no discriminatorio.

Los equipos han logrado una alta resolución técnica, con un error inferior a 45 metros en altura y una probabilidad de acierto superior al 95%, aunque la oficina rusa señala que la precisión está entre 7 y 10 metros en espacios abiertos, lo que esperan mejorar tras la sustitución de los antiguos satélites por nuevas unidades de tercera generación.

GLONASS forma parte de los sistemas de posicionamientos habituales.

La Organización Marítima Internacional establece la señal de GPS y GLONASS como óptimas en el uso de los dispositivos de emergencia por posicionamiento, como las radiobalizas, al tener ambos una precisión inferior a 100 metros, frente a los 5 kilómetros del obsoleto sistema COSPAS-SARSAT.

De esta forma la constelación rusa está integrada en los sistemas de posicionamiento del Sistema de navegación global por satélite GNSS de la OMI.

La utilización simultánea de dos sistemas de posicionamiento (GPS y GLONASS) tiene como ventajas un incremento en la velocidad de reacción de los equipos y una mayor exactitud de la posición, lo que conlleva cálculos de navegación más precisos.

Con lo anterior, además, el usuario se garantiza contar con al menos la cobertura de una constelación satelital en caso de caída voluntaria o técnica de algunos de los sistemas (sobre todo ante la carta blanca del Pentágono de suspender la señal civil del GPS por motivos relacionados con la seguridad).

Recientemente se ha sumado a la carrera por ofrecer un sistema de posicionamiento por satélite la Agencia Espacial Europea (ESA).

El programa “Galileo” ya ha comenzado a ponerse en marcha. No obstante, la situación económica de la Unión está haciendo que el calendario no avance como estaba previsto (la fecha de explotación comercial se espera para 2015, sin que haya confirmación de que pueda ser así).

Constelación de satélites

Integrantes del GPS

El Sistema de posicionamiento global GPS, al igual que el GLONASS, está integrado por tres sectores o componentes:

• Sector espacial: compuesto por 24 satélites dispuestos en seis órbitas a razón de 4 equipos en cada órbita. Los satélites orbitan alrededor de la Tierra a una altura de 20200 kilómetros (por debajo de los satélites geoestacionarios). La velocidad de rotación es de una vuelta a la Tierra cada 12 horas, siguiendo una ruta con una inclinación de 55º respecto al Ecuador celeste y una diferencia de 90º de arco de los satélites entre sí. A esto se han de sumar los satélites geoestacionarios de amplia cobertura del sistema WAAS/EGNOS.

• Sector terrestre: también llamado de control. Se ocupa de corregir la señal obtenida de los satélites, así como posibles desviaciones de la órbita. El sector terrestre lo componen 9 estaciones: 1 general, 5 de rastreo y 3 de datos.

• Sector usuario: compuesto por antena, amplificador y receptor. El equipo se encarga de seleccionar los satélites que le deben aportar la información para calcular la posición, medir el tiempo entre transmisiones y la hora.

La combinación de los tres sectores proporciona el tiempo y la posición con una cobertura global, garantizando que cualquier usuario dispone en todo momento de entre 6 y 8 satélites visibles sobre el horizonte.

Cómo funciona el GPS

Cada uno de los satélites en órbita cuenta con cuatro relojes atómicos. Los relojes atómicos son los más exactos que existen, teniendo un retraso de 1 segundo cada tres millones de años. Y es que el tiempo es fundamental para calcular la posición.

El GPS aporta el dato de posición y altura. Para eso necesita de tener cobertura de cuatro satélites. Tres para calcular la situación y uno más para la altura.

Cada uno de los satélites emite dos señales. Una que hace de matriz y otra para corregir la desviación de la ionosfera. El equipo de usuario mide el tiempo que tarda en viajar la señal desde el satélite hasta la antena receptora (conocida la hora de emisión), por lo que es fundamental que ambos estén sincronizados.

Ese tiempo, multiplicado por la velocidad de propagación de las ondas (luz) en la atmósfera, permite calcular la distancia hasta cada uno de los satélites. De esta forma se conoce dónde está cada emisor y la distancia hasta el usuario.

Con estos datos se puede establecer la posición como el lugar geométrico donde confluyen las tres esferas, con centro en cada uno de los satélites, y como radio la distancia calculada.

Sin embargo, esta posición está alterada por la posible desincronización entre los relojes de emisor y receptor y por las perturbaciones atmosféricas. De corregirla se ocupa el DGPS.

Sistemas de corrección

El Sistema de Posicionamiento Global Diferencial, DGPS, se ocupa de corregir los posibles errores en las órbitas satelitales y afinar la posición aportada por el GPS.

El conjunto está compuesto por una serie de estaciones terrestres fijas, para las que se conoce su situación exacta. De esta forma se puede comparar la situación real con la suministrada por el GPS y establecer el error para cada momento.

El error calculado se comunica y emite, siendo recibido por las antenas de usuario, cuyos equipos se ocupan de aplicar para determinar la posición correcta (con un margen máximo de 10 metros).

En la actualidad el DGPS está siendo ampliado para dar una cobertura global, tanto a usuarios de tierra, como de aire y mar. Es lo que se conoce como el Sistema de Optimización de Amplia Cobertura, WAAS/EGNOS, que está siendo desarrollado por Estados Unidos.

EGNOS es un sistema de aumento con medios suplementarios consistentes en satélites geoestacionarios (en una órbita de 35.786 kilómetros de altura) y estaciones en tierra para mejorar la fijación de la posición a través de receptores.

La idea principal es dar servicio a la aviación comercial, aunque tiene su repercusión en la marina. La principal ventaja del sistema EGNOS es su amplia cobertura y precisión en los datos, siendo un complemento para GPS y GLONASS.

EGNOS logra reducir el error a menos de dos metros. Para eso cuenta con cuatro centros de control que generan las correcciones de cada satélite.

La cobertura de EGNOS se garantiza mediante dos satélites sobre el horizonte en todo momento, de una constelación que cuenta con un total de 6 unidades en órbita y 34 estaciones en tierra.

GPS Diferencial
http://www.proteccioncivil.org/

Antenas de equipos GPS

Para conseguir un dato de posición lo más exacto posible, las embarcaciones de recreo cuentan con antenas GPS, unidas mediante un cable coaxial a los equipos que muestran la información y que se comparte con el resto de instrumentos de ayuda a la navegación. Las antenas GPS mejoran considerablemente la recepción de la señal y la amplifican, para ser procesada por los equipos.

Se pueden distinguir tres tipos de antenas GPS:

• Antena pasiva: es la que capta la señal de los diferentes satélites y estaciones de los sistemas de posicionamiento y la reporta a los equipos, siendo el equipo receptor el que la amplifica para su procesamiento. Son antenas que ocupan poco lugar y no requieren de fuente de energía. Se instalan en lugares fijos y altos.

• Antena activa: recibe la señal exterior y la amplifica antes de transmitirla a los equipos. Este tipo de antena requiere de una fuente de energía para amplificar la señal, ofreciendo mayor exactitud y una alta sensibilidad. La antena activa procesa directamente los datos y los envía por NMEA0183 o NMEA2000 (los códigos de encriptado habituales de los dispositivos electrónicos náuticos).

• Antena integrada: Adicionalmente se pueden usar equipos de GPS con antena integrada, aptos para su uso en el exterior y muy adecuados para pequeñas embarcaciones. No requieren de instalación y su fuente de energía depende del propio equipo al que es solidaria.

GPS aplicado a la Seguridad

1. Centro de monitoreo (CRA)

En muchos casos, empresas de seguridad en sus CRA poseen software especializado en GPS. Este recibe las alarmas sobre eventos provenientes del rastreo GPS.

Este permite que puedan monitorear todo, desde activos tradicionales como vehículos, camiones, personas, mercaderías valiosas y toda cosa a la que que desees instalar un rastreador GPS, e incluso personas en situación de riesgo o vulnerabilidad, y reaccionar a tiempo automatizando los protocolos de respuesta.

2. Rastreo de Telefonía Movil

Rastrear teléfonos móviles es otra solución de seguridad hoy en día está en auge y creciendo permanentemente.

1. Permite conocer la ubicación de un smartphone en tiempo real.
2. Cuenta con un botón de pánico que hace una llamada a la CRA o al número que se defina.
3. Permite utilizar la cámara del Smartphone para hacer streaming de video como si fuera un DVR móvil.
4. Permite controlar rondines de seguridad, verificar los puntos de inspección y enviar reportes firmados con evidencia en fotografía o video.
5. Permite recibir y contestar formularios que pueden ser utilizados para hacer informes o inspecciones de cualquier situación.

Además, estas funciones son utilizadas para cuestiones de violencia de género, seguimiento de personas, ya sea trabajadores de campo o en situación de vulnerabilidad, rastreo de mercancia.

Además, este sistema puede  monitorear de control de combustible, para detectar y prevenir el robo de combustible.

3. VS y Rondas de seguridad

Esta es la mejor solución con la que pueden contar las empresas de seguridad privada o cuerpos policiales. Es una plataforma diseñada para que las empresas de seguridad puedan gestionar y medir las rondas de los VS. Se puede programar y visualizar el estado de todos las rondas, y saber si los VS o policías están haciendo los recorridos en tiempo y forma, con un monitoreo en tiempo real. Los VS serán notificados cuando una ronda está por comenzar y tener su itinerario en la misma app, siempre enlazados al centro de monitoreo y estando todos los actores comunicados.

4. Alerta de distancia entre activos

Alerta con aplicaciones especiales para la seguridad, para transporte de valores, custodias, reos y traslados policiales o de fuerzas públicas; guardaespaldas, vehículos escolta y toda la logística cuando una figura pública debe trasladarse por una ciudad, y más.

Esta alerta se activa cuando la distancia aumenta o disminuye entre un activo principal y uno o más secundarios, es decir, cuando dos activos se alejan o acercan más allá del límite de distancia que hemos determinado.

5. Funcionalidades GPS para Vehículos de Protección

Aviso de botón de pánico. En caso de ser presionado el botón de pánico el GPS envía la emergencia para dar aviso.

Aviso de exceso de velocidad. En caso de exceder la velocidad, previamente programado, el GPS envía el aviso con la velocidad que se excedió.

Aviso de Choque. En caso de choque el GPS, por medio de un sensor de impacto, envía la emergencia para dar aviso de un siniestro.

Solicitud de Posición por SMS. Desde su celular envié una solicitud de posición y reciba la ubicación del GPS en un link para observarse en Google Maps. El envío de señales o estado de posición son enviadas a una plataforma de monitoreo o a un teléfono celular vía SMS donde se recibe, el nombre del GPS, Tipo de evento, Fecha, Hora, Minuto, y enlace de Ubicación para ser observado directamente en el celular sobre la plataforma de Google Maps.

Aviso de puertas abiertas. Si una puerta es abierta el GPS envía una señal para notificar las aperturas. *Aviso de encendido o apagado del vehiculo. Al encender o apagar el automóvil el GPS envía una señal de aviso de cambio de estado.

Cabina intervenida (Escucha la conversación para actuar en caso de emergencia). Por medio de una llamada al número de teléfono del SIM del GPS se podrá escuchar la conversación del interior del vehículo.

Monitoreo de estado del nivel de gasolina. Mediante sensores en el tanque de gasolina del vehículo, el GPS previamente programado envía el estado del nivel de gasolina.

Aviso de Remolque por grúa. En caso de un remolque el GPS vehicular determina el cambio de coordenadas sin detectar el encendido o arranque por llave enviando una señal de aviso.

6. Cartografía (Google Maps)

Después de haber adquirido el “item” de la “localización” se hace imprescindible contar con cartografía premium.

Tras una intensa guerra de empresas dedicadas al sistema GPS y cartografía, con la desaparición del los Navegadores GPS (Sustituidos por Smartphones o Tablets), la victoria es para Google.

Google Maps, es hoy por hoy el sistema de cartografía mas utilizado en todo el mundo a nivel usuario.

Este posee varias capas de visualización, de trafico o carreteras, vista satélite o geográfica.

Además que posee una herramienta llamada Street View, añade valor agregado. Donde podemos visualizar en vivo la zona localizada.

Otra de la herramientas que hacen a este sistema de cartografía único, es Google Earth, lo que seria un catalogo interactivo de Google Maps

Además es una cartografía a la que todas las personas están habituadas, por lo que se sentirán en confianza y familiaridad mientras la utilizan. Contar con Google Maps es un buen valor añadido y muy importante para los sistemas y servicios de seguridad.

Configurando una ruta introduciendo un punto de origen, un punto de destino y las paradas o puntos intermedios, además de los parámetros de la ruta que (por ejemplo si esta es en vehículo, transporte publico o a pie).

Antes de pasar al modo de navegación, la aplicación mostrará un croquis de la ruta indicando en tiempo real, en rojo las zonas de retenciones, en naranja las zonas de trafico intenso y en azul las zonas sin incidencias.

Esta funcionalidad es ideal para la planificación de rutas por parte de los servicios de escolta, que podrá realizar una ruta alternativa (ya que la aplicación lo permite) y podremos acceder al modo de navegación.

Modalidad donde la aplicación detecta nuestra posición respecto al mapa en tiempo real nos muestra las indicaciones necesarias para llegar a nuestro destino.

Si a esta le añades la capacidad de de las redes sociales para comunicarse en conductores, la experiencia nos lleva a Waze.

Waze es una herramienta o aplicación de mapas para conductores. Una de las mejores alternativas a Google Maps.

Waze nos guía para llegar a nuestro camino en el menor tiempo posible pero también nos avisa en caso de que ocurra un accidente. Nos dice la mejor ruta, nos dice cuál es la mejor hora para salir según el tráfico, nos da indicaciones durante todo el camino y nos permite conocer todo tipo de detalles: gasolineras, accidentes, trafico en tiempo real…

Funciona con una extensa comunidad de personas que nos permite saber qué pasa en cada momento en cualquier punto de las carreteras. Una comunidad que es la encargada de avisar en caso de radares, en caso de retenciones, en caso de controles de policías… Como explican desde su página web, “en cada país, Waze ha designado un grupo de usuarios que sirven de enlace entre los usuarios y el propio equipo de Waze. Esto permite un flujo de información entre los usuarios de la aplicación y los desarrolladores de la misma.” Con avisos en tiempo real de accidentes o de cualquier incidente que podamos encontrar en nuestra ruta. Es la propia comunidad la que se encarga de decir qué ocurre y es totalmente gratuito usar Waze.

7. Sistemas de Realidad Aumentada (RA)

8. Sistemas ADAS / DMS

Las tecnologías de ADAS y DMS: en resumen, una es un sistema que identifica eventos que pueden representar riesgos potenciales como el cambio involuntario de carril, posible colisión y detección de peatones y ciclistas, entre otros; y la otra es una cámara que detecta malos hábitos de manejo o malos comportamientos del conductor, como fumar, distracciones, fatiga y más.

Estos proyectos surgen en empresas socialmente responsables que quieren disminuir accidentes tanto para la ciudadanía como para los conductores. En algunos países existen leyes que obligan a algunas industrias a contar con estas tecnología como ser energía / minería.

9. Históricos y Auditorias

No olvidemos que todos los sistemas que hemos visto hasta ahora generan un flujo de datos que pueden ser registrados para su posterior estudio, para diversos fines fines.

• Investigación Criminal.
• Análisis y Prevención de riesgos.
• Análisis de Operativas, Fraude y Negligencias.
• Análisis de Productividad.
• Optimización de recursos.
• etc…