Sistemas de posicionamiento y navegación global mediante satélites

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Sistemas de posicionamiento y navegación global mediante satélites

Objetivo

Sistema
Navstar-GPS

Sistema
Glonass

Proyecto
Galileo

El receptor

Preparacion de las
observaciones

Metodos de
posicionamiento

Trabajo en tiempo
real

Precision del sistema
GPS

Aplicaciones en
mineria

Costes de los diferentes
equipos

Ventajas e
inconvenientes

Conclusion

1.
OBJETIVO

El objetivo de
este trabajo no es
otro que orientar de forma basica a los usuarios de estos
sistemas e
invitar a los futuros usuarios a calar en su funcionamiento y
posibilidades de desarrollo,
abriendo el campo de la medida mediante satelites como una
poderosa herramienta de trabajo, y que hoy por hoy, se
esta convirtiendo en el metodo
mas usado por su precision y rapidez, siendo este
el motivo por el cual no debe pasar desapercibido por ninguno de
nuestros profesionales.

2. SISTEMA
NAVSTAR-GPS

2.1. INTRODUCCIoN

El sistema GPS (Global
Positioning System o Sistema de Posicionamiento
Global) fue creado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos
(DoD, Department of Defense)
para constituir un sistema de navegacion preciso con fines
militares que sustituyera al antiguo sistema utilizado, que no
era otro que las mediciones Doppler sobre la constelacion
Transit.

Para ello, aprovecharon las condiciones de la
propagacion de las ondas de radio de la banda
L en el espacio, asi como la posibilidad de modular las
ondas para que en ellas se pueda incluir la informacion necesaria que permita
posicionar un objeto en el sistema de referencia
apropiado.

2.2. PRINCIPIOS
BaSICOS DE FUNCIONAMIENTO

El sistema GPS funciona
mediante unas señales
de satelite codificadas que pueden ser procesadas en un
receptor GPS permitiendole calcular su posicion,
velocidad y
tiempo.

Se utilizan cuatro señales para el calculo de
posiciones en tres dimensiones y ajuste de reloj del
receptor.

Aunque los receptores GPS utilizan tecnologia punta, los
principios basicos de funcionamiento son sencillos y los
podriamos resumir en los cuatro apartados
siguientes.

2.2.1. Triangulacion: la base del
sistema

El principio basico fundamental en el
funcionamiento del sistema GPS, consiste en utilizar los
satelites de la constelacion NAVSTAR situados en
distintas orbitas en el espacio, como puntos de referencia
precisa para determinar nuestra posicion en la superficie
de la
Tierra.

Esto se consigue obteniendo una medicion muy precisa de nuestra distancia
hacia al menos tres satelites de la constelacion,
pudiendose asi realizar una “triangulacion”
que determine nuestra posicion en el espacio.

De todas formas, si quisieramos ser absolutamente
tecnicos, la trigonometria nos dice que necesitamos las
distancias a cuatro satelites para situarnos sin
ambigüedad. Pero en la practica tenemos suficiente
con solo tres, si rechazamos las soluciones
absurdas.

2.2.2. Medicion de las
distancias

El sistema GPS funciona midiendo el tiempo que tarda una
señal de radio en llegar hasta el receptor desde un
satelite y calculando luego la distancia a partir de ese
tiempo.

DISTANCIA = VELOCIDAD DE LA
LUZ x
TIEMPO

Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz:
300.000 km/sg en el vacio. Asi, si podemos
averiguar exactamente cuando recibimos esa señal de radio,
podremos calcular cuanto tiempo ha empleado la señal en
llegar hasta nosotros. Por lo tanto, solo nos falta multiplicar
ese tiempo en segundos por la velocidad de la luz (300.000 km/sg)
y el resultado sera la distancia al
satelite.

La clave de la medicion del tiempo de
transmision de la señal de radio, consiste en
averiguar exactamente cuando partio la señal del
satelite. Para lograrlo se sincronizan los relojes de los
satelites y de los receptores de manera que generen la
misma señal exactamente a la misma hora. Por tanto, todo
lo que hay que hacer es recibir la señal desde un
satelite determinado y compararla con la señal
generada en el receptor para calcular el desfase. La diferencia
de fase sera igual al tiempo que ha empleado la
señal en llegar hasta el receptor.

La señal generada tanto en los satelites
como en los receptores consiste en conjuntos de
codigos digitales complejos. Estos codigos se han
hecho complicados a proposito, de forma que se les pueda
comparar facilmente sin ambigüedad. De todas formas,
los codigos son tan complicados que su aspecto es el de
una larga serie de impulsos aleatorios.

Estos impulsos no son realmente aleatorios, sino que se
trata de secuencias “pseudoaleatorias” cuidadosamente elegidas
que en verdad se repiten cada milisegundo. Por lo que se conocen
con el nombre de codigo
“pseudoaleatorio” (PRN, Pseudo
Random Noise).

2.2.3. Obtencion de un perfecto
sincronismo

Puesto que sabemos que las señales de radio
transmitidas por los satelites GPS viajan a la velocidad
de la luz, aproximadamente 300.000 km/sg. Un error de sincronismo
entre el reloj de un satelite y el reloj de nuestro
receptor de tan solo 1/100 de segundo, provocaria una
desviacion en la medicion de la distancia de 3.000
Km.

La trigonometria nos dice que si tres mediciones
perfectas situan un punto en el espacio tridimensional,
entonces cuatro mediciones imperfectas pueden eliminar cualquier
desviacion de tiempo (siempre que la desviacion sea
consistente).

En el caso general de posicionamiento en tres
dimensiones, necesitamos hacer como minimo cuatro
mediciones de distancia, para eliminar cualquier error producido
por falta de sincronismo entre relojes. Por lo tanto, sera
imposible conseguir un posicionamiento verdaderamente preciso, si
no se dispone de por lo menos cuatro satelites sobre el
horizonte circundante.

2.2.4. Conocimiento
de la posicion de los satelites

Los satelites GPS no transmiten unicamente
un “mensaje de tiempo”, sino que tambien transmiten un
“mensaje de datos” que
contiene informacion sobre su orbita exacta y la
salud del
sistema. Un buen receptor GPS, utiliza esta informacion
junto con la informacion de su almanaque interno, para
definir con precision la posicion exacta de cada
uno de los satelites.

2.3. FUENTES DE
ERROR

Al igual que cualquier observacion de topografia clasica, una
observacion GPS esta sometida a varias fuentes de
error que se pueden minimizar o eliminar segun los equipos
y metodologia de observacion que
utilicemos. Son diversos los errores que afectan a las mediciones
de las distancias y por consiguiente al calculo de la
posicion del receptor. Estos errores son los
siguientes:

Error ionosferico.

Error troposferico.

Errores inherentes al satelite.

-Desvio de relojes
atomicos.

-Efemerides.

Errores en la propagacion de la
señal.

-Perdida de ciclos.

-Efecto multipath (Multisenda).

Errores relacionados con el receptor.

-Desvio de relojes.

-Puesta en estacion.

-Manipulacion de los equipos.

-Variacion del centro radioelectrico
de la antena.

2.5. DILUCIoN DE LA PRECISIoN Y
VISIBILIDAD

La geometria de los satelites visibles
es un factor importante a la hora de conseguir una buena
precision en el posicionamiento de un punto. Dicha
geometria cambia con el tiempo como
consecuencia del movimiento
orbital de los satelites en el espacio (puesto que no son
geoestacionarios). El factor que mide la bondad de esta
geometria es el denominado factor de dilucion de la
precision (DOP, Dilution Of
Precision).

Para ver el grafico seleccione la
opcion “Descargar” del menu superior

Para evitar la oclusion de las señales, la
DOP se calcula utilizando los satelites que realmente son
visibles.

Los efectos combinados de la dilucion de la
precision en posicion y tiempo se denominan
GDOP (Geometric Dilution Of
Precision), dilucion de la precision
geometrica.

2.6. GPS DIFERENCIAL (DGPS)

El GPS Diferencial consigue eliminar la mayoria
de los errores naturales y causados por el usuario que se
infiltran en las mediciones normales con el GPS. Estos errores
son pequeños, pero para conseguir el nivel de
precision requerido por algunos trabajos de
posicionamiento es necesario minimizar todos los errores por
pequeños que sean.

Para realizar esta tarea es necesario tener dos
receptores operando simultaneamente. El receptor de
“referencia” permanece en su estacion y supervisa
continuamente los errores, y despues transmite o registra
las correcciones de esos errores con el fin de que el segundo
receptor (receptor itinerante que realiza el trabajo de
posicionamiento) pueda aplicar dichas correcciones a las
mediciones que esta realizando, bien sea conforme las realiza en
tiempo real, o posteriormente.

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Disponiendo de un receptor de referencia en un lugar
fijo se puede afinar la precision de un receptor
itinerante o, igualmente, una flota completa de receptores
itinerantes.

El GPS autonomo se ve afectado por una serie de
errores acumulativos, que mediante el uso del DGPS son
minimizados e incluso eliminados totalmente.

MAGNITUD TiPICA DE LOS
ERRORES (m)

Precision por
satelite

GPS standard

GPS Diferencial

Relojes de los
satelites

1,5

0

Errores de orbitas

2,5

0

Ionosfera

5,0

0,4

Troposfera

0,5

0,2

Ruido del receptor

0,3

0,3

Multisenda (Multipath)

0,6

0,6

S/A

30

0

PRECISIoN TiPICA
DE POSICIoN (m)

Horizontal

50

1,3

Vertical

78

2

3-D

93

2,8

2.6.1. Principio de funcionamiento del
DGPS

Este receptor estacionario es la clave de la
precision del DGPS, puesto que reune todas las
mediciones de los satelites sobre el horizonte en una
solida referencia local.

El receptor de referencia situado en una posicion
fija determinada con gran exactitud (estacion de
referencia), recibe las mismas señales GPS que el receptor
itinerante, pero en vez de trabajar como un receptor GPS normal
aborda los calculos en sentido inverso. En vez de usar las
señales de tiempo para calcular su posicion, emplea
su posicion para calcular el tiempo.

Puesto que el receptor de referencia conoce de antemano
los parametros orbitales, donde se supone que los
satelites se han de localizar en el espacio y conoce
exactamente las coordenadas de la estacion de referencia,
puede calcular la distancia teorica entre la
estacion de referencia y cada uno de los satelites
sobre el horizonte. Entonces, dividiendo esa distancia
teorica por la velocidad de la luz en el vacio
averigua el tiempo, es decir, cuanto deberia haber tardado
la señal en llegar hasta el. Despues compara
ese tiempo teorico con el tiempo que realmente ha tardado.
Cualquier diferencia existente corresponde al error o retraso de
la señal del satelite.

Una vez calculado el error en la señal de cada
satelite sobre el horizonte, los receptores de referencia
tienen que facilitar esta informacion a todos los
receptores itinerantes de su zona de influencia, con el fin de
que la utilicen para corregir sus mediciones. Puesto que el
receptor de referencia no tiene forma de saber cuales de los
satelites disponibles sobre el horizonte, estan
siento utilizados en cada momento por el receptor itinerante para
calcular su posicion, debe analizar las señales de
todos los satelites visibles y calcular sus errores
instantaneos. Despues codificara esta
informacion en un formato estandar y la
transmitira simultaneamente a todos los receptores
itinerantes.

Los receptores itinerantes reciben la lista completa de
factores de correccion y aplican las correcciones
pertinentes a las señales de los satelites que, en
particular, estan utilizando.

2.7. SISTEMA DE REFERENCIA
WGS-84

Las coordenadas, tanto de los satelites como de
los usuarios que se posicionan con el sistema GPS, estan
referidas al sistema de referencia WGS-84
(World Geodetic System
1984 o Sistema Geodesico Mundial de 1984). Estas
coordenadas pueden ser cartesianas en el espacio respecto al
centro de masas de la Tierra (X, Y,
Z) o geodesicas (j , , h).

2.8. SISTEMA RASANT

RASANT es un sistema de radiodifusion de
correcciones diferenciales calculadas por el IGN en estaciones de
referencia equipadas con receptores GPS. Las correcciones
estan basadas en el formato estandar RTCM y se
envian a traves del sistema RDS que incorpora la
señal de Radio-2 Clasica FM (RNE2). Las frecuencias
en las que puede sintonizarse RNE2 dependeran del centro
emisor mas cercano.

3. SISTEMA
GLONASS

3.1. INTRODUCCIoN

El sistema NAVSTAR-GPS no es el unico sistema de
posicionamiento y navegacion global mediante
satelites existente en estos momentos en el mundo (aunque
si el mas conocido en el ambito internacional). El
sistema ruso GLONASS (GLObal
NAvigation Satellite System o Sistema
Global de Navegacion por Satelite) esta
tambien operativo oficialmente desde Septiembre de
1993.

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opcion “Descargar” del menu superior

El sistema GLONASS es un sistema similar al sistema
NAVSTAR-GPS en muchos aspectos, pero con importantes diferencias.
El sistema GLONASS esta administrado por las Fuerzas
Espaciales Rusas (RSF, Russian
Space Forces) para el Gobierno de la
Federacion Rusa y tiene importantes aplicaciones civiles
ademas de las militares.

3.2. ESTADO DEL
SISTEMA GLONASS

Desde que la constelacion GLONASS fue completada
en 1996 solo durante 40 dias estuvieron disponibles los 24
satelites que la integran. Actualmente (NAGU del
26-12-2002) solo hay 7 satelites activos, mas 4 de
reserva, de los 79 que han sido lanzados hasta la fecha.
Ademas el sistema acusa serios problemas con
la calidad de las
señales transmitidas, se han observado errores de medida
de varios kilometros.

Considerando los problemas economicos de la
Federacion Rusa, cabe la posibilidad de que la
constelacion no se mantenga y deje de estar operativa en
un futuro no muy lejano.

3.3. SISTEMA DE REFERENCIA
PZ-90

Las efemerides del sistema GLONASS estan
referidas al Datum Geodesico PZ-90
(Parametry Zemli-1990,
Parametros de la Tierra 1990) o PE-90
(Parameters Earth-1990). Este
sistema reemplazo al SGS-85
(Soviet Geodetic
System-1985), usado por el sistema GLONASS
hasta 1993.

El sistema PZ-90 es un sistema de referencia terrestre,
donde las coordenadas estan definidas de la misma forma
que en el Marco Internacional de Referencia Terrestre
(ITRF, International Terrestrial
Reference Frame).

4. PROYECTO
GALILEO

4.1. INTRODUCCIoN

El proyecto GALILEO surge como la iniciativa europea
para desarrollar un sistema de radionavegacion mediante
satelites dedicado inicialmente y basicamente a
satisfacer las necesidades de la comunidad civil
mundial. El componente principal del sistema consiste en una
constelacion de satelites que ofrezca cobertura
global. Dirigido por la Union
Europea EU (European
Union) y por la Agencia Europea del Espacio ESA
(European Space Agency), la
fase de definicion del sistema comenzo en 1999, con
una fase de despliegue prevista para el 2005 y plena capacidad
operativa en el 2008.

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4.2. OBJETIVO DEL PROYECTO

Las lineas principales de desarrollo del proyecto
GALILEO son las siguientes:

Sera independiente de los sistemas GPS y
GLONASS pero complementario e interoperable con
ellos.

Estara abierto a la contribucion de
capital
privado internacional.

Permitira el desarrollo de nuevas
aplicaciones, aportando robustez a los sistemas GNSS existentes
y poniendo remedio a ciertas deficiencias que existen en la
actualidad.

Tendra cobertura global, asegurando asi
un mercado
mundial para el sistema y sus aplicaciones. El sistema GALILEO
incluira ademas servicios de
acceso restringido.

El sistema permanecera bajo control de
autoridades civiles, pero un sistema de seguridad y
de interfaces adecuados sera puesto en funcionamiento
para asegurar la compatibilidad con las restricciones globales
de seguridad.

5. EL
RECEPTOR

5.1. DEFINICIoN

Es el conjunto de elementos (Software y Hardware) que permiten
determinar la posicion, velocidad y tiempo de un usuario,
ademas de otros parametros adicionales.

5.2. FUNCIONES DEL
RECEPTOR

Identificacion y seguimiento de los
codigos asociados a cada satelite.

Determinacion de las distancias.

Decodificacion de las señales de los
mensajes de navegacion para obtener las
efemerides, el almanaque, etc.

Aplicar las correcciones (de reloj,
ionosfericas, etc.).

Determinacion de la posicion y
velocidad.

Validacion de los resultados obtenidos y
almacenamiento en memoria.

Presentacion de la
informacion.

5.3. SELECCIoN DE UN
RECEPTOR

Como ocurre al adquirir cualquier otro equipo para la
realizacion de una determinada actividad profesional, esta
seleccion requiere un cuidadoso analisis de la forma en que se utilizara el
receptor, que tipo de informacion necesitara del mismo y
que le permitira su presupuesto.

Algunas de las cuestiones a considerar son las
siguientes:

Si necesita fijar una posicion ocasional o
registrar una traza.

Si necesita medir la velocidad con
precision.

Si es la economia mas
importante que la precision.

Si es el consumo de
energia un factor importante.

Si tendra que funcionar el receptor en
condiciones altamente dinamicas, experimentando
aceleraciones y altas velocidades.

Existen numerosos tipos de receptores en el mercado
dependiendo del uso para lo que los empleemos, una
clasificacion importante es aquella que los clasifica en
dos grupos, los que
pueden seguir simultaneamente cuatro o mas
satelites y aquellos que conmutan secuencialmente de uno a
otro satelite.

6.
PREPARACIoN DE LAS OBSERVACIONES

6.1. PLANIFICACIoN

Es conveniente, para evitar perdidas de tiempo en
repeticiones de puesta en estacion y variaciones de
planes, realizar una buena planificacion de las observaciones y
determinar cual es la hora del dia en la que hay un
mayor numero de satelites a la vista, asi
como cuando la geometria de la observacion
es mas idonea, ademas de determinar el estado de
salud de los satelites.

6.2. OBSERVACIoN

Una vez decidido el lugar, el dia y la hora de la
observacion, debemos elegir el metodo de
posicionamiento adecuado en funcion
del tipo de trabajo a realizar y de la precision requerida
e introducir en la unidad de control del receptor los
parametros de la observacion.

6.3. CALCULO

En primer lugar se debe proceder a introducir los datos
de las observaciones en el software. En el caso de trabajar en
tiempo real, este proceso lo
realiza la propia unidad de control. Asi mismo, se deben
comprobar todos los datos y atributos referentes a cada punto,
tales como nombres, alturas de antena, etc.

A continuacion, se procede a calcular un punto
singular (single point) de todos los puntos que hayan
constituido una estacion en el trabajo.

El siguiente paso es determinar los parametros
correctos y apropiados para el calculo de lineas
base, es decir:

Mascara de elevacion.

Correccion ionosferica y
troposferica.

Tipo de efemerides usadas.

Combinacion de observables a
utilizar.

Parametros estadisticos de errores
maximos tolerables (ratio, perdidas de ciclo,
señal/ruido,
satelite de referencia, etc.).

Seguidamente, se procede al calculo de
lineas base de una manera ordenada, es decir, siguiendo
algun criterio, como puede ser calcular todas las
lineas base que lleguen a un mismo punto antes de tomar
este como referencia para calcular otras lineas
base, o algun otro criterio que se estime
adecuado.

7.
MeTODOS DE POSICIONAMIENTO

7.1. POSICIONAMIENTO ABSOLUTO

Se realiza con un unico receptor, y consiste en
la solucion de una interseccion directa de todas
las distancias receptor-satelite sobre el lugar de
estacion en un periodo de observacion
determinado. La medida y la solucion son por lo tanto
directas.

7.2. POSICIONAMIENTO
DIFERENCIAL

Es el que se realiza cuando las precisiones requeridas
son mayores. Sera mejor o peor en funcion del
instrumental utilizado y de la tecnica de posicionamiento
diferencial a la que se recurra.

El posicionamiento diferencial consiste en hallar la
posicion absoluta de un punto (movil, objetivo,
etc.) mediante las observaciones realizadas desde ese punto a
unos determinados satelites, sumadas a las realizadas en
ese mismo instante desde otro punto (referencia) a esos mismos
satelites. Por lo tanto, aqui aparece el concepto de
“linea base”, que es la linea recta que une el
punto de referencia y el punto objetivo.

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Dependiendo de las observables, instrumental de
observacion y software de calculo utilizados,
podemos citar las siguientes tecnicas o
metodos de
posicionamiento diferencial:

Metodos estaticos.

Estatico.

Estatico rapido.

Reocupacion o pseudoestatico.

Metodos cinematicos.

Cinematico.

Stop & Go.

Cinematico continuo

DGPS (GPS Diferencial).

8. TRABAJO EN
TIEMPO REAL

8.1. INTRODUCCIoN

En primer lugar, debe quedar claro que el trabajo en
tiempo real no es un metodo de posicionamiento por
satelite, sino que es una forma de obtener los resultados
una vez procesadas las observaciones.

El procesamiento de estas observaciones se puede
realizar con un software post-proceso, previa insercion de
los datos de observacion necesarios, ya sea en campo o en
gabinete. Ahora bien, este calculo se puede realizar de
forma inmediata a la recepcion de las observaciones por la
unidad de control, obteniendo las coordenadas al instante, es
decir, en tiempo real. Para ello, se incorporan los algoritmos de
calculo del software post-proceso, o parte de ellos, a los
controladores para este tipo de aplicaciones.

Esto, supone una gran ventaja, ya que todo el tiempo que
se invierte en insertar, tratar, chequear y procesar los datos se
suprime al obtener los resultados al instante. Pero
tambien tiene una serie de inconvenientes, que lo
seran mayores o menores en funcion del tipo de
trabajo y de las condiciones de la observacion. Entre
ellos destacan los siguientes:

Limitacion de los radiomodems de
emision y transmision de datos.

Imposibilidad de chequear los ficheros de
observacion.

Limitacion en las correcciones de tipo
atmosferico.

Limitacion en los procesos de
transformacion de coordenadas.

Pobre tratamiento e informacion estadistica.

Escasa manipulacion de los parametros
de calculo.

8.2. RTK (Real Time Kinematic)

En el argot actual de la Topografia Aplicada
mediante posicionamiento por satelite, se denomina equipo
de trabajo con modulo RTK (Real
Time Kinematic) a aquel que incorpora un
software completo en la unidad de control y un sistema de
transmision de informacion que permite la
obtencion de resultados en tiempo real. Los modulos
RTK pueden procesar observables de codigo y de diferencia
de fase, y son aplicables a cualquier tipo de trabajo donde el
posicionamiento por satelite sea necesario.

Las fases del trabajo en tiempo real con modulo
RTK son las siguientes:

El equipo de trabajo minimo son dos equipos de
observacion (receptor y antena), dos radiomodems
(transmisor y receptor) y un controlador en la unidad
movil con un software de procesado de datos.

En primer lugar, se estaciona el equipo de referencia
(receptor, antena y radiomodem transmisor), que va a permanecer
fijo durante todo el proceso. El radiomodem transmisor va a
transmitir sus datos de observacion por ondas de radio
al receptor incorporado en el equipo movil, que a su vez
almacenara en la unidad de control.

En segundo lugar, si el metodo escogido es el
posicionamiento estatico, el controlador
calculara la posicion del movil en tiempo
real. Si el metodo elegido es del tipo cinematico
(stop & go o cinematico continuo), se debe proceder
a la inicializacion, necesaria para poder
efectuar estos modos de posicionamiento. Tras efectuarse con
exito, se pueden determinar coordenadas
de puntos en pocos segundos. En ocasiones la
inicializacion es muy rapida y con una fiabilidad
muy alta, pero conviene comprobar las coordenadas obtenidas
sobre un punto conocido para verificar que la
inicializacion a sido correcta.

Es evidente que la obtencion de resultados en
tiempo real supone una gran ventaja en todos los trabajos de
indole topo-geodesicos, asi como en todos
los campos donde este presente el posicionamiento mediante
satelites. Pero quizas, la aplicacion donde
mayor beneficio representa es en la topografia y
replanteo de obras de ingenieria.

9.
PRECISIoN DEL SISTEMA GPS

La precision es muy variable, dependiendo
fundamentalmente del equipo elegido y del metodo de
trabajo seleccionado, sin entrar en detalles de los equipos y de
los metodos de trabajo, las precisiones son las
siguientes:

Observable: Codigo ▼

CoDIGO

MeTODO

PRECISIoN

 

 

S/A OFF

S/A ON

P

Autonomo

3 m

30 m

C/A

Autonomo

15-20 m

100 m

C/A

Diferencial

2,5 m

C/A

Submetrico

30-70 cm

Observables: Codigo C/A y
fase L1 ▼

Observables: Codigo C/A, fase
L1 y fase L2 ▼

Para ver las tablas seleccione la
opcion “Descargar” del menu superior

SV: Satelites (SV,
Spacial Vehicle).

LB: linea base.

Las precisiones y los tiempos de observacion
dependen de las lineas base.

10.
APLICACIONES

Hoy por hoy, podemos enumerar los siguientes campos en
los que los sistemas de posicionamiento mediante satelites
estan presentes:

Geodesia

Geofisica

Topografia y fotogrametria

Ingenieria

Hidrografia

Sistemas de informacion
geografica

Navegacion

Defensa

Ocio y deporte

11.
APLICACIONES EN MINERiA

11.1. INTRODUCCIoN

La industria
minera ha sido pionera y lider
en expandir la utilizacion de los productos GPS
en Tiempo Real. Las minas a cielo abierto ofrecen un ambiente ideal
para el GPS, combinando una clara visibilidad del cielo con
demandas insistentes de mejora en la eficiencia.

La capacidad del sistema GPS para proveer
precision centimetrica en Tiempo Real, en cualquier
parte del mundo, las 24 horas del dia, permite la
implantacion de cambios y desarrollos significativos en la
automatizacion de las operaciones
mineras.

11.2. COMPONENTES ACTUALES

11.2.1. Levantamientos de mapas de
exploracion

Hoy en dia, los geologos pueden
sencillamente dirigirse al terreno y capturar digitalmente la
ubicacion y composicion de las muestras utilizando
los aparatos GPS. En ese momento es posible generar mapas exactos
y utilizar los datos capturados por el GPS para poblar los
sistemas de informacion. Es posible encontrar
facilmente los emplazamientos antes visitados, utilizando
las poderosas herramientas
de navegacion del sistema GPS.

11.2.2. Reconocimientos
topograficos

Gracias a las posibilidades que nos ofrecen los sistemas
de reconocimiento topografico para funcionar en tiempo
real, como por ejemplo la Estacion Total GPS, ha sido
posible doblar la productividad. La
primera vez que Trimble Navigation presento dichos
sistemas, manejados por una sola persona y aptos
para funcionar en todo tipo de condiciones climaticas, fue
en 1994. Hoy dia, son numerosas las minas de todo el mundo
que utilizan la Estacion Total GPS. En dichas minas se
utiliza la Estacion Total GPS para las siguientes
aplicaciones:

Control de avance de excavadoras

Control de volumenes

Determinacion de la inclinacion de las
pistas

Replanteo de sondeos para voladura

Replanteo de la division de los
tajos

Levantamiento de vertederos

Analisis de grietas y
deformaciones

Levantamiento de pie y cabeza de taludes

Control del firme

Replanteo de pendientes y angulos de
taludes

Etc.

11.2.3. Seguimiento y despacho de
vehiculos

Al utilizar el sistema GPS para seguir la
posicion de los camiones de carga, los despachadores de la
mina pueden planear con exactitud las rutas para recoger y
descargar el material, lo cual ahorra tiempo y combustible a la
vez que reduce significativamente el tiempo que el camion
queda inactivo. El sistema GPS tambien permite al usuario
asegurarse de que se entreguen las cargas adecuadas a las
pilas de
materiales que
corresponden, a la vez que aumenta las medidas de seguridad
porque evita las colisiones.

11.2.4. Navegacion y control de
maquinaria

Al utilizar la misma tecnica que se creo
para los reconocimientos topograficos en tiempo real, los
sistemas de conduccion de maquinaria de la actualidad
ayudan al operario de la perforadora a dirigirse exactamente a
las posiciones previstas de los sondeos, y a los operarios de
excavadoras les permite mantener la inclinacion y
posicion en las ramificaciones minerales. Las
funciones de control avanzadas de dichos sistemas permiten
recibir en tiempo real informacion sobre las diversas
variables
mecanicas operativas de cada maquina, lo cual da
lugar al mantenimiento
tecnico preventivo y garantiza que las operaciones se
realicen dentro de las tolerancias indicadas. Dichos sistemas
reducen los gastos de
explotacion gracias el aprovechamiento maximo del
equipo y reducen el costo de los
reconocimientos topograficos.

En lo que respecta a equipos auxiliares, por ejemplo
indica al operario de la motoniveladora en tiempo real cuales son
las zonas que estan bajo o sobre el nivel de cota
planificado, de manera que este pueda determinar para cada
pasada si es necesario cortar o rellenar.

11.2.5. Alineacion de bandas
transportadoras

Los sistemas de bandas transportadoras actuales, los que
pueden alcanzar kilometros de longitud, necesitan
alineamientos exactos entre un segmento y otro. El sistema GPS se
utiliza para mantener en linea recta dichos segmentos y
corregir la velocidad del sistema, a fin de garantizar un buen
apilado. Gracias al sistema GPS, las bandas apiladoras y
recuperadoras se mantienen perfectamente perpendiculares a la
banda transportadora principal.

12. COSTES DE LOS
DIFERENTES EQUIPOS

De igual manera que existen numerosos tipos de
receptores asi como diferentes modelos y
marcas, el
margen de precios de los
diferentes equipos GPS es considerable, pudiendo oscilar de
manera orientativa entre los 200 € para los equipos navegadores
mas economicos hasta los 40.000 € para los
equipos geodesicos y topograficos mas
sofisticados (Estacion Total GPS), aunque depende mucho de
los numerosos accesorios adicionales que podemos añadir a
cada equipo, asi como del software necesario para cada
tipo de trabajo.

13. VENTAJAS
E INCONVENIENTES

El sistema de posicionamiento mediante satelites,
ya sea con GPS, GLONASS o GPS/GLONASS, es una herramienta
imprescindible en la sociedad de
nuestros dias, y que los tecnicos en todas las
materias afectadas deben saber tratar, manipular y ejecutar
correctamente, ya que supone, como ha quedado reflejado en este
trabajo, un adelanto en la calidad y rendimiento de los trabajos
respecto a los metodos clasicos, que nunca se deben
abandonar, pero que la evolucion de otras tecnicas obliga a
ir dejando a un lado y recurrir a tecnicas, no solo
mas modernas, sino mas fructiferas y que en
un futuro cercano estaran en el idioma y rutina cotidiano
de los profesionales de estos campos.

Se citan a continuacion las ventajas que
ofrece el posicionamiento mediante satelites en nuestro
trabajo:

No es necesaria la intervisibilidad entre estaciones,
ya que el sistema de medida es indirecto entre ellas y directo
a los satelites. Esto reduce el numero de
estacionamientos al poder salvar los obstaculos y reduce
los errores accidentales y sistematicos al no tener que
realizar punterias ni tantos estacionamientos con
intervisibilidad entre los puntos. En definitiva, se reduce el
tiempo de observacion y los errores que se producen en
ella. Debemos añadir ademas que la
observacion nocturna es totalmente
operativa.

Al trabajar con ondas de radio, estas no sufren
efectos significativos a causa de la niebla, lluvia,
frio y calor
extremo, y otros tipos de incidencias.

El rango de distancias que se pueden alcanzar es
mucho mayor, al no ser medidas directas. El mejor de los
distanciometros no supera los 4-5 Km de distancia,
ademas del error que introduce. Con el posicionamiento
mediante satelites podemos medir bases desde unos pocos
metros hasta centenas y miles de Km.

Dado que no se dispone de sistemas opticos, su
fragilidad es menor y su mantenimiento y calibracion no
es requerido con la frecuencia que lo requieren los
instrumentos opticos. Los costes de mantenimiento por
ello son menores.

El servicio de
las señales que ofrecen los sectores espaciales y de
control es totalmente gratuito, lo que supone solo
desembolsos en instrumentacion de observacion,
calculo y gastos para I+D.

La obtencion de los resultados es
rapida, maxime si sumamos la obtencion de
los mismos en tiempo real (RTK). Ademas, las
observaciones y los resultados son interpretables y tienen
comprobacion.

La variedad de metodos de posicionamiento hace
que sean sistemas apropiados y aptos para cualquier tipo de
trabajo.

Por otro lado, los inconvenientes mas
relevantes son:

No puede ser utilizado en obras subterraneas y
a cielo cerrado.

Tiene dificultades de uso en zonas urbanas, cerradas,
con edificios altos y zonas arboladas y boscosas, debido a las
continuas perdidas de la señal de los
satelites. Este problema, no obstante, se esta
solucionando, y de forma satisfactoria, con el uso combinado de
las constelaciones GPS y GLONASS para mantener siempre cinco o
mas satelites sobre el horizonte.

El desconocimiento del sistema. El sistema de
posicionamiento por satelite es una gran herramienta, y
de facil uso, pero ello no lleva consigo eximirse de su
conocimiento y del tratamiento de sus observables
correctamente, ya que de lo contrario, se pueden obtener
resultados poco satisfactorios en precision y
rendimiento.

14.
CONCLUSIoN

Como conclusion final de todo lo expuesto con
anterioridad, podemos afirmar de manera evidente las ventajas del
sistema GPS frente a los metodos tradicionales, entre
otras: rapidez, fiabilidad, reduccion de costes,
precision, etc.

En la actualidad es dificil imaginar la
topografia sin el GPS, y debemos acabar con el rechazo que
se produce ante toda nueva tecnologia o equipo, puesto que
el sistema GPS es toda una realidad.

En los foros topograficos se compara la
aparicion del sistema GPS con los cambios producidos ante
la aparicion de las estaciones totales en la decada
de los setenta, pero no es comparable, pues aunque las estaciones
totales agilizaron y facilitaron el trabajo, los metodos,
procedimientos, calculos, etc. siguieron
siendo los mismos que en siglos pasados. Con el sistema GPS no ha
ocurrido esto, todo es distinto, los procedimientos,
calculos, metodos, etc.

En relacion con los trabajos mineros, la gran
ventaja del sistema GPS, sin duda ha sido el hecho de poder
obtener posicionamientos absolutos con la precision
necesaria en tiempo real, requisito imprescindible en la
topografia minera, ademas de la posibilidad de
implementar procedimientos de automatizacion de maquinaria
y control de flotas de produccion.

Isaac Perez Roman

ESCUELA UNIVERSITARIA POLITeCNICA DE
ALMADeN

INGENIERiA TeCNICA DE
MINAS

TRABAJO FIN DE CARRERA

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