GPS

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Introducción

El SPG o GPS (Global Positioning System: sistema de posicionamiento global) o NAVSTAR-GPS1 es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión.

El sistema fue desarrollado, instalado y actualmente operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

El GPS funciona mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el planeta tierra, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación y la hora del reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite mediante "triangulación" (método de trilateración inversa), la cual se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición.

Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

Actualmente la Unión Europea está desarrollando su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado Galileo.

Los receptores GPS portátiles son unos dispositivos extraordinariamente útiles para cualquier tarea de navegación, orientación, seguimiento de rutas, almacenamiento de puntos para posteriores estudios, etc. No obstante debemos de tener en cuenta que son, exclusivamente, receptores de datos que calculan nuestra posición exacta y que no trabajan con ningún dato analógico (temperatura, presión, humedad), por lo que en ningún caso podemos esperar deducir datos atmosféricos a partir de ellos.

Hemos de considerar que, incluso los modelos más "pequeños" que los fabricantes de GPS's ponen a nuestra disposición para la navegación terrestre personal, son una evolución de los sistemas de navegación aeronáutica y marítima que se han ido perfeccionando desde hace años. Esto supone una serie de ventajas importantes para nosotros, los usuarios de GPS's, para la navegación personal terrestre.

Independientemente de considerar la ortodoxia o no de incluir el conocimiento y uso de los GPS a los scouts, la gran utilidad de estos dispositivos para cuestiones de seguridad hacen muy recomendable su conocimiento por parte de los scouters. Sólo hay que pensar en la pérdida de vidas humanas y de situaciones traumáticas que se podrían haber evitado, 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 en la que se encuentra un accidentado.

Para aquellos scouters a los que pueda parcerle un tanto sofisticado y poco ortodoxo, e incluso un tanto snob, andar por la montaña con un GPS podrían cuestionarse también el uso de un teléfono móvil GSM por si tenemos algún problema, así que si pensamos un fríamente las cosas, veremos que puede ser mucho más efectivo que el mejor equipo de supervivencia que nos podamos comprar y mucho más útil y fácil de usar.

Aquellos scouters que lo usan, pueden dar testimonio de la diversión y seguridad que proporcionan. Algunas veces cuando realizamos una actividad al aire libre nos dejamos llevar y no prestamos la suficiente atención al camino realizado o a las condiciones meteorológicas reinantes. Con el GPS no tendremos problema para saber en cada momento donde estamos y poder encontrar el camino de regreso y calcular el tiempo, la puesta del sol, especialmente si no conocemos el entorno y no nos hemos provisto de una buena cartografía. El uso que cada uno le de al GPS es, evidentemente, una cuestión estrictamente personal.

Para decidir que GPS nos interesa usar, lo esencial es que tenga:

  • Sistema receptor de 12 canales paralelos: necesario para poder tener una buena recepción de las señales en terrenos abruptos y con espesa cobertura vegetal.
  • Ligereza: si tenemos que acarrear con el receptor nosotros mismos, cuanto más ligero mejor.
  • Pilas de larga duración: para evitar llevar más pilas de las necesarias (siempre hay que llevar unas de recambio).
  • Resistencia al agua: deben tener alguna resistencia al agua para evitar verse afectados por la humedad.
  • Waypoints: capacidad de almacenamiento de, como mínimo, 200 waypoints. Capacidad de listar esos waypoints indicando las distancias y dirección desde la actual posición.
  • Pantalla de Mapa: para poder ver más fácilmente nuestra posición con respecto a los demás waypoints marcados
  • Rutas: capacidad de almacenar rutas.
  • Trackback: son aconsejables receptores con esta función para poder deshacer el camino andado en caso de necesidad.
  • Capacidad de conexión con PC: para poder traspasar datos
  • Multiples Datum: para estar seguro que los datum que vamos a utilizar están incluidos.
  • Utilización de Coordenadas UTM: que son las normalmente utilizadas en los mapas topográficos a escalas 1:50.000 y 1:25.000.
  • Pantalla orientable: aunque no es que sea una característica imprescindible.
  • Cartografía digital óptima incluida en el propio receptor: útil para ver plasmado sobre un mapa, donde nos encontramos. Sucede que los mapas topográficos incluidos normalmente no alcanzan el detalle necesario para su uso al aire libre.

Coordenadas Geográficas (Latitud/Longitud)

Es el sistema más utilizado. Proyecta líneas de latitud (paralelos) y líneas de longitud (meridianos) sobre la superficie terrestre. El ecuador es el paralelo de referencia. Los meridianos cortan perpendicularmente a los paralelos y pasan por los polos Norte y Sur.

En este sistema la posición queda definida como la intersección de un paralelo y un meridiano (Latitud/Longitud).

Por encima del ecuador las latitudes son positivas, y por debajo (hacia el Sur) negativas. Las máximas latitudes están en los polos (+90º el polo Norte y -90º el polo Sur).

Las longitudes se miden al este del meridiano de Greenwich (0º) con valor positivo o al oeste con valor negativo o bien indicando la dirección, N, S, E u O.

Latitud y longitud normalmente se expresan en grados, minutos y segundos (DDMMSS).

La circunferencia está dividida en 360 partes iguales, cada una de ellas es un grado sexagesimal que está dividido en 60 partes denominadas minutos y cada minuto a su vez se divide en 60 segundos.

Este sistema de referencia conocido de antiguo, es el empleado en navegación marítima y aérea. Su principal virtud es que abarca toda la superficie del globo terráqueo, lo que simplifica la representación de localidades muy alejadas entre si. Pero sobre tierra no resulta demasiado práctico debido a la curvatura sobre el mapa de las líneas de referencia y a la división sexagesimal de las partes que lo forman.

Coordenadas UTM (Universal Transversa Mercator)

En este sistema se proyectan pequeñas zonas del globo sobre superficies planas. Para ello, se realizan proyecciones sobre un hipotético cilindro transversal, que va girando alrededor del eje Norte-Sur. El resultado son los husos o zonas UTM.

Cada huso tiene 6º de anchura en su parte central y la tierra queda cubierta con 60 husos.

Hay que tener en cuenta que los husos se deforman a medida que nos alejamos del ecuador, la proyección UTM queda limitada entre los paralelos 84º N y 80º S y se complementa con una proyección polar estereográfica (UPS) para las regiones septentrionales del planeta.

En UTM una posición se define por 3 elementos: el huso o zona en que se encuentra, la coordenada E (eje horizontal) y la coordenada N (eje vertical). Estas coordenadas son las distancias lineales en metros a los ejes E y N de referencia dentro de cada zona y no coinciden con las coordenadas geográficas Latitud/Longitud.

Para navegación terrestre este sistema es el más extendido y en el mercado y en internet tenemos a nuestra disposición mapas topográficos de pago o libres con coordenadas UTM, que nos serán muy útiles para trabajar con el GPS una vez lo carguemos en nuestro GPS.

Como funciona el GPS

El GPS obtiene su posición midiendo la distancia a varios satélites, los cuales actúan como puntos fijos de referencia en el espacio, y triangulando. Cuando el GPS recibe la señal de radio de un satélite, puede calcular la distancia que lo separa de él.

Imaginemos que el GPS determina que estamos a 17.000 Km. del satélite. Con ello sabemos que el GPS está en cualquier punto de una esfera de 17.000 Km. de radio, lo cual no nos sirve de gran cosa.

¿Cómo puede saber entonces el GPS donde nos encontramos?

Para ello necesita intersecar cuatro esferas, por lo que debe medir la distancia, al menos, a otros dos satélites.

Para conseguir la cuarta esfera, si no hay más satélites tenemos que indicar al GPS la altitud a la que nos encontramos y así al conocer la distancia aproximada al centro de la tierra, utiliza esta para determinar el punto en que nos encontramos. En este modo el GPS estaría trabajando en modo 2D (dos dimensiones)

Si están visibles cuatro satélites y con una buena geometría, es decir una buena disposición de los satélites en el cielo, repartidos y no que estén en el cénit ni cercanos al horizonte se dice que el GPS está trabajando en modo 3D (tres dimensiones) y no sería necesario indicarle la altitud, sino que nos la diría él.

Cuantos más satélites estén visibles en el cielo en un momento dado, más preciso será el cálculo, siempre que el GPS lo admita (los GPS actuales admiten casi todos hasta 12 canales, es decir 12 satélites).

El manejo del GPS

Inicialización de GPS

La primera vez que encendamos el receptor GPS será necesario inicializarlo. Este proceso puede variar según el modelo que utilicemos, pero básicamente todo GPS necesita saber cuales son los satélites que tiene que buscar y tardará menos en ubicarse y suministrar una posición cuanta más información previa le suministremos como indicarle el país seleccionándolo de una lista o incluso la ciudad o bien usando la utilidad de autolocalización donde él solo intentara localizarse dejando adquiera satélites con la información que tiene guardada desde la última vez que lo apagamos lo cual puede tardar más o menos dependiendo de la distancia a la que nos encontremos desde entonces, si estamos en campo abierto o no o la existencia de grandes masas de hierro en construcciones o en configuraciones rocosas que contengan minerales que alteren la antena receptora del GPS.

Una vez que ha localizado los satélites visibles nos lo indicará en la pantalla. Los dos círculos concéntricos que vemos nos indican, el externo el horizonte y el interno un ángulo de 45º. Por tanto la situación ideal para una mejor precisión seria tener los satélites entorno al circulo central.

No obstante esto no depende de nosotros, ni es constante, pues los satélites están continuamente desplazándose y entran y salen del campo de recepción del GPS. Aún así en terrenos abiertos siempre habrá al menos cuatro satélites en el cielo.

Ajustes previos

Antes de empezar a llevar datos del mapa al GPS o viceversa debemos configurar un dátum. Dado que la forma de la tierra no es regular (es un elipsoide algo achatado en los polos, denominado geoide), la proyección de su superficie sobre un mapa deberá tener en cuenta las irregularidades que presenta, las cuales varían dependiendo de las regiones. Por esa razón, en cada zona del Mundo se ha definido un determinado dátum que no es otra cosa que un modelo aproximado de la forma del geoide para esa zona en particular.

Existe un modelo universal que ha sido elaborado con el propósito de que sirva para todo el planeta. Se denomina WGS 84 y es el dátum utilizado por el GPS para almacenar en memoria todos los cálculos y los datos. Sin embargo la cartografía de cada región del mundo esta basada en un determinado dátum y nuestro receptor deberá convertir la información a ese dátum. En caso contrario las posiciones calculadas pueden diferir bastante de la realidad.

El GPS permite escoger entre una gran variedad de dátum. En el caso de España y Baleares, aunque hay dos dátum, el utilizado por el IGN (Instituto Geográfico Nacional) y por el SGE (Servicio Geográfico del Ejército) es el Europeo de 1950 (ED50). Para las Canarias se utiliza el dátum Pico de las Nieves.

La información del dátum utilizado suele venir indicada en el mapa.

Waypoints, tracks y rutas

Aún cuando seleccionemos como idioma del interface de nuestro GPS el castellano, encontraremos algunos conceptos con su vocablo en inglés ya que así esta convenido en la literatura técnica del mundo del GPS y debemos familiarizarnos con ellas.

Waypoint

Un waypoint es un punto de coordenadas conocidas que nos da la ubicación de algo sobre la superficie terrestre. Ese algo puede ser nuestra posición actual, una fuente, una cumbre, un punto determinado en una ruta, un refugio, etc.

Tenemos varias formas de introducir un waypoint en el GPS.

Podemos introducirlos antes de hacer un recorrido, si conocemos la ruta o bien tomarlas sobre la marcha a lo largo de un recorrido.

Para introducirlas antes podemos hacerlo desde un ordenador a través de algún software específico o bien manualmente.

También podemos introducir un nuevo punto dándole un rumbo y una distancia a partir de uno ya existente en el GPS. El procedimiento es igual solo que en lugar de darle las coordenadas, le daremos el rumbo y la distancia.

Por último, para introducir un waypoint sobre la marcha, según hacemos una ruta, simplemente debemos usar la opción adecuada y el GPS nos sacara las coordenadas en las que nos encontramos junto con un nombre automático para el punto (va numerándolos correlativamente, 001, 002, …) y un símbolo por defecto. Podemos cambiar lo que nos interese o dejarlo como está.

Ruta

Imaginemos que durante un paseo vamos tomando cada cierto tiempo puntos de referencia (waypoints) con el GPS. Si los unimos entre si, tendremos a grandes rasgos el recorrido que hemos hecho. Esto es una ruta para el GPS, una serie de waypoints unidos entre sí.


Para crear una ruta en el GPS deberemos haber metido primero los waypoints que lo componen y luego ya podemos ir a la página de rutas y decirle el orden en que debe recorrerlos.

Podremos crear tantas rutas como la capacidad de nuestro GPS nos lo permita.

Track

El GPS es capaz de ir registrando por si solo sin que nosotros vayamos tomando waypoints, el recorrido que estamos haciendo. Lo que hace es ir guardando cada cierto tiempo la posición en función de nuestra velocidad y lo “virado” que sea el recorrido. Luego, si queremos, tenemos la opción de decirle que convierta ese track en una ruta y utilizarla, para volver sobre nuestros pasos.

Al hacer esto el GPS generará automáticamente los waypoints necesarios cada cierto tiempo, según lo configuremos y nos creará una ruta con ellos. Esta ruta la pone por defecto en la ruta activa o ruta 0, con lo que debemos asegurarnos previamente de que no vamos a borrar una ruta almacenada copiando previamente si fuese necesario la ruta 0 a otra ruta vacía.