Sistemas de posicionamiento y navegación global mediante satélites

1. Objetivo
2. Sistema
   Navstar-GPS
3. Sistema
   Glonass
4. Proyecto
   Galileo
5. El receptor
6. Preparación de las
   observaciones
7. Métodos de
   posicionamiento
8. Trabajo en tiempo
   real
9. Precisión del sistema
   GPS
11. Aplicaciones en
    minería
12. Costes de los diferentes
    equipos
13. Ventajas e
    inconvenientes
14. Conclusión

1.
OBJETIVO

El objetivo de
este trabajo no es
otro que orientar de forma básica 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 satélites como una
poderosa herramienta de trabajo, y que hoy por hoy, se
está convirtiendo en el método
más usado por su precisión y rapidez, siendo este
el motivo por el cual no debe pasar desapercibido por ninguno de
nuestros profesionales.

2. SISTEMA
NAVSTAR-GPS

2.1. INTRODUCCIÓN

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 navegación preciso con fines
militares que sustituyera al antiguo sistema utilizado, que no
era otro que las mediciones Doppler sobre la constelación
Transit.

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

2.2. PRINCIPIOS
BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO

El sistema GPS funciona
mediante unas señales
de satélite codificadas que pueden ser procesadas en un
receptor GPS permitiéndole calcular su posición,
velocidad y
tiempo.

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

Aunque los receptores GPS utilizan tecnología punta, los
principios básicos de funcionamiento son sencillos y los
podríamos resumir en los cuatro apartados
siguientes.

2.2.1. Triangulación: la base del
sistema

El principio básico fundamental en el
funcionamiento del sistema GPS, consiste en utilizar los
satélites de la constelación NAVSTAR situados en
distintas órbitas en el espacio, como puntos de referencia
precisa para determinar nuestra posición en la superficie
de la
Tierra.

Esto se consigue obteniendo una medición muy precisa de nuestra distancia
hacia al menos tres satélites de la constelación,
pudiéndose así realizar una "triangulación"
que determine nuestra posición en el espacio.

De todas formas, si quisiéramos ser absolutamente
técnicos, la trigonometría nos dice que necesitamos las
distancias a cuatro satélites para situarnos sin
ambigüedad. Pero en la práctica tenemos suficiente
con solo tres, si rechazamos las soluciones
absurdas.

2.2.2. Medición de las
distancias

El sistema GPS funciona midiendo el tiempo que tarda una
señal de radio en llegar hasta el receptor desde un
satélite 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 vacío. Así, 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 será la distancia al
satélite.

La clave de la medición del tiempo de
transmisión de la señal de radio, consiste en
averiguar exactamente cuando partió la señal del
satélite. Para lograrlo se sincronizan los relojes de los
satélites 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
satélite determinado y compararla con la señal
generada en el receptor para calcular el desfase. La diferencia
de fase será igual al tiempo que ha empleado la
señal en llegar hasta el receptor.

La señal generada tanto en los satélites
como en los receptores consiste en conjuntos de
códigos digitales complejos. Estos códigos se han
hecho complicados a propósito, de forma que se les pueda
comparar fácilmente sin ambigüedad. De todas formas,
los códigos 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 código
"pseudoaleatorio" (PRN, Pseudo
Random Noise).

2.2.3. Obtención de un perfecto
sincronismo

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

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

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

2.2.4. Conocimiento
de la posición de los satélites

Los satélites GPS no transmiten únicamente
un "mensaje de tiempo", sino que también transmiten un
"mensaje de datos" que
contiene información sobre su órbita exacta y la
salud del
sistema. Un buen receptor GPS, utiliza esta información
junto con la información de su almanaque interno, para
definir con precisión la posición exacta de cada
uno de los satélites.

2.3. FUENTES DE
ERROR

Al igual que cualquier observación de topografía clásica, una
observación GPS está sometida a varias fuentes de
error que se pueden minimizar o eliminar según los equipos
y metodología de observación que
utilicemos. Son diversos los errores que afectan a las mediciones
de las distancias y por consiguiente al cálculo de la
posición del receptor. Estos errores son los
siguientes:

• Error ionosférico.
• Error troposférico.
• Errores inherentes al satélite.

-Desvío de relojes
atómicos.

-Efemérides.

• Errores en la propagación de la
  señal.

-Perdida de ciclos.

-Efecto multipath (Multisenda).

• Errores relacionados con el receptor.

-Desvío de relojes.

-Puesta en estación.

-Manipulación de los equipos.

-Variación del centro radioeléctrico
de la antena.

2.5. DILUCIÓN DE LA PRECISIÓN Y
VISIBILIDAD

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

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

Los efectos combinados de la dilución de la
precisión en posición y tiempo se denominan
GDOP (Geometric Dilution Of
Precision), dilución de la precisión
geométrica.

2.6. GPS DIFERENCIAL (DGPS)

El GPS Diferencial consigue eliminar la mayoría
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
precisión 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 simultáneamente. El receptor de
"referencia" permanece en su estación y supervisa
continuamente los errores, y después 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 precisión de un receptor
itinerante o, igualmente, una flota completa de receptores
itinerantes.

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

2.6.1. Principio de funcionamiento del
DGPS

Este receptor estacionario es la clave de la
precisión del DGPS, puesto que reúne todas las
mediciones de los satélites sobre el horizonte en una
sólida referencia local.

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

Puesto que el receptor de referencia conoce de antemano
los parámetros orbitales, donde se supone que los
satélites se han de localizar en el espacio y conoce
exactamente las coordenadas de la estación de referencia,
puede calcular la distancia teórica entre la
estación de referencia y cada uno de los satélites
sobre el horizonte. Entonces, dividiendo esa distancia
teórica por la velocidad de la luz en el vacío
averigua el tiempo, es decir, cuanto debería haber tardado
la señal en llegar hasta él. Después compara
ese tiempo teórico con el tiempo que realmente ha tardado.
Cualquier diferencia existente corresponde al error o retraso de
la señal del satélite.

Una vez calculado el error en la señal de cada
satélite sobre el horizonte, los receptores de referencia
tienen que facilitar esta información 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
satélites disponibles sobre el horizonte, están
siento utilizados en cada momento por el receptor itinerante para
calcular su posición, debe analizar las señales de
todos los satélites visibles y calcular sus errores
instantáneos. Después codificará esta
información en un formato estándar y la
transmitirá simultáneamente a todos los receptores
itinerantes.

Los receptores itinerantes reciben la lista completa de
factores de corrección y aplican las correcciones
pertinentes a las señales de los satélites que, en
particular, están utilizando.

2.7. SISTEMA DE REFERENCIA
WGS-84

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

2.8. SISTEMA RASANT

RASANT es un sistema de radiodifusión de
correcciones diferenciales calculadas por el IGN en estaciones de
referencia equipadas con receptores GPS. Las correcciones
están basadas en el formato estándar RTCM y se
envían a través del sistema RDS que incorpora la
señal de Radio-2 Clásica FM (RNE2). Las frecuencias
en las que puede sintonizarse RNE2 dependerán del centro
emisor más cercano.

3. SISTEMA
GLONASS

3.1. INTRODUCCIÓN

El sistema NAVSTAR-GPS no es el único sistema de
posicionamiento y navegación global mediante
satélites existente en estos momentos en el mundo (aunque
si el más conocido en el ámbito internacional). El
sistema ruso GLONASS (GLObal
NAvigation Satellite System o Sistema
Global de Navegación por Satélite) esta
también operativo oficialmente desde Septiembre de
1993.

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

3.2. ESTADO DEL
SISTEMA GLONASS

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

Considerando los problemas económicos de la
Federación Rusa, cabe la posibilidad de que la
constelación no se mantenga y deje de estar operativa en
un futuro no muy lejano.

3.3. SISTEMA DE REFERENCIA
PZ-90

Las efemérides del sistema GLONASS están
referidas al Datum Geodésico PZ-90
(Parametry Zemli-1990,
Parámetros de la Tierra 1990) o PE-90
(Parameters Earth-1990). Este
sistema reemplazó 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 están definidas de la misma forma
que en el Marco Internacional de Referencia Terrestre
(ITRF, International Terrestrial
Reference Frame).

4. PROYECTO
GALILEO

4.1. INTRODUCCIÓN

El proyecto GALILEO surge como la iniciativa europea
para desarrollar un sistema de radionavegación mediante
satélites dedicado inicialmente y básicamente a
satisfacer las necesidades de la comunidad civil
mundial. El componente principal del sistema consiste en una
constelación de satélites que ofrezca cobertura
global. Dirigido por la Unión
Europea EU (European
Union) y por la Agencia Europea del Espacio ESA
(European Space Agency), la
fase de definición del sistema comenzó 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 líneas principales de desarrollo del proyecto
GALILEO son las siguientes:

• Será independiente de los sistemas GPS y
  GLONASS pero complementario e interoperable con
  ellos.
• Estará abierto a la contribución de
  capital
  privado internacional.
• Permitirá el desarrollo de nuevas
  aplicaciones, aportando robustez a los sistemas GNSS existentes
  y poniendo remedio a ciertas deficiencias que existen en la
  actualidad.
• Tendrá cobertura global, asegurando así
  un mercado
  mundial para el sistema y sus aplicaciones. El sistema GALILEO
  incluirá además servicios de
  acceso restringido.
• El sistema permanecerá bajo control de
  autoridades civiles, pero un sistema de seguridad y
  de interfaces adecuados será puesto en funcionamiento
  para asegurar la compatibilidad con las restricciones globales
  de seguridad.

5. EL
RECEPTOR

5.1. DEFINICIÓN

Es el conjunto de elementos (Software y Hardware) que permiten
determinar la posición, velocidad y tiempo de un usuario,
además de otros parámetros adicionales.

5.2. FUNCIONES DEL
RECEPTOR

1. Identificación y seguimiento de los
   códigos asociados a cada satélite.
2. Determinación de las distancias.
3. Decodificación de las señales de los
   mensajes de navegación para obtener las
   efemérides, el almanaque, etc.
4. Aplicar las correcciones (de reloj,
   ionosféricas, etc.).
5. Determinación de la posición y
   velocidad.
6. Validación de los resultados obtenidos y
   almacenamiento en memoria.
7. Presentación de la
   información.

5.3. SELECCIÓN DE UN
RECEPTOR

Como ocurre al adquirir cualquier otro equipo para la
realización de una determinada actividad profesional, esta
selección requiere un cuidadoso análisis de la forma en que se utilizara el
receptor, que tipo de información necesitara del mismo y
que le permitirá su presupuesto.

Algunas de las cuestiones a considerar son las
siguientes:

1. Si necesita fijar una posición ocasional o
   registrar una traza.
2. Si necesita medir la velocidad con
   precisión.
3. Si es la economía más
   importante que la precisión.
4. Si es el consumo de
   energía un factor importante.
5. Si tendrá que funcionar el receptor en
   condiciones altamente dinámicas, experimentando
   aceleraciones y altas velocidades.

Existen numerosos tipos de receptores en el mercado
dependiendo del uso para lo que los empleemos, una
clasificación importante es aquella que los clasifica en
dos grupos, los que
pueden seguir simultáneamente cuatro o más
satélites y aquellos que conmutan secuencialmente de uno a
otro satélite.

6.
PREPARACIÓN DE LAS OBSERVACIONES

6.1. PLANIFICACIÓN

Es conveniente, para evitar pérdidas de tiempo en
repeticiones de puesta en estación y variaciones de
planes, realizar una buena planificación de las observaciones y
determinar cuál es la hora del día en la que hay un
mayor número de satélites a la vista, así
como cuándo la geometría de la observación
es más idónea, además de determinar el estado de
salud de los satélites.

6.2. OBSERVACIÓN

Una vez decidido el lugar, el día y la hora de la
observación, debemos elegir el método de
posicionamiento adecuado en función
del tipo de trabajo a realizar y de la precisión requerida
e introducir en la unidad de control del receptor los
parámetros de la observación.

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. Así mismo, se deben
comprobar todos los datos y atributos referentes a cada punto,
tales como nombres, alturas de antena, etc.

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

El siguiente paso es determinar los parámetros
correctos y apropiados para el cálculo de líneas
base, es decir:

1. Máscara de elevación.
2. Corrección ionosférica y
   troposférica.
3. Tipo de efemérides usadas.
4. Combinación de observables a
   utilizar.
5. Parámetros estadísticos de errores
   máximos tolerables (ratio, pérdidas de ciclo,
   señal/ruido,
   satélite de referencia, etc.).

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

7.
MÉTODOS DE POSICIONAMIENTO

7.1. POSICIONAMIENTO ABSOLUTO

Se realiza con un único receptor, y consiste en
la solución de una intersección directa de todas
las distancias receptor-satélite sobre el lugar de
estación en un período de observación
determinado. La medida y la solución son por lo tanto
directas.

7.2. POSICIONAMIENTO
DIFERENCIAL

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

El posicionamiento diferencial consiste en hallar la
posición absoluta de un punto (móvil, objetivo,
etc.) mediante las observaciones realizadas desde ese punto a
unos determinados satélites, sumadas a las realizadas en
ese mismo instante desde otro punto (referencia) a esos mismos
satélites. Por lo tanto, aquí aparece el concepto de
"línea base", que es la línea recta que une el
punto de referencia y el punto objetivo.

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Dependiendo de las observables, instrumental de
observación y software de cálculo utilizados,
podemos citar las siguientes técnicas o
métodos de
posicionamiento diferencial:

• Métodos estáticos.

Estático.

Estático rápido.

Reocupación o pseudoestático.

• Métodos cinemáticos.

Cinemático.

Stop & Go.

Cinemático continuo

• DGPS (GPS Diferencial).

8. TRABAJO EN
TIEMPO REAL

8.1. INTRODUCCIÓN

En primer lugar, debe quedar claro que el trabajo en
tiempo real no es un método de posicionamiento por
satélite, 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 inserción de
los datos de observación necesarios, ya sea en campo o en
gabinete. Ahora bien, este cálculo se puede realizar de
forma inmediata a la recepción 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
cálculo 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
también tiene una serie de inconvenientes, que lo
serán mayores o menores en función del tipo de
trabajo y de las condiciones de la observación. Entre
ellos destacan los siguientes:

• Limitación de los radiomodems de
  emisión y transmisión de datos.
• Imposibilidad de chequear los ficheros de
  observación.
• Limitación en las correcciones de tipo
  atmosférico.
• Limitación en los procesos de
  transformación de coordenadas.
• Pobre tratamiento e información estadística.
• Escasa manipulación de los parámetros
  de cálculo.

8.2. RTK (Real Time Kinematic)

En el argot actual de la Topografía Aplicada
mediante posicionamiento por satélite, se denomina equipo
de trabajo con módulo RTK (Real
Time Kinematic) a aquel que incorpora un
software completo en la unidad de control y un sistema de
transmisión de información que permite la
obtención de resultados en tiempo real. Los módulos
RTK pueden procesar observables de código y de diferencia
de fase, y son aplicables a cualquier tipo de trabajo donde el
posicionamiento por satélite sea necesario.

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

• El equipo de trabajo mínimo son dos equipos de
  observación (receptor y antena), dos radiomodems
  (transmisor y receptor) y un controlador en la unidad
  móvil 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 observación por ondas de radio
  al receptor incorporado en el equipo móvil, que a su vez
  almacenará en la unidad de control.
• En segundo lugar, si el método escogido es el
  posicionamiento estático, el controlador
  calculará la posición del móvil en tiempo
  real. Si el método elegido es del tipo cinemático
  (stop & go o cinemático continuo), se debe proceder
  a la inicialización, necesaria para poder
  efectuar estos modos de posicionamiento. Tras efectuarse con
  éxito, se pueden determinar coordenadas
  de puntos en pocos segundos. En ocasiones la
  inicialización es muy rápida y con una fiabilidad
  muy alta, pero conviene comprobar las coordenadas obtenidas
  sobre un punto conocido para verificar que la
  inicialización a sido correcta.

Es evidente que la obtención de resultados en
tiempo real supone una gran ventaja en todos los trabajos de
índole topo-geodésicos, así como en todos
los campos donde esté presente el posicionamiento mediante
satélites. Pero quizás, la aplicación donde
mayor beneficio representa es en la topografía y
replanteo de obras de ingeniería.

9.
PRECISIÓN DEL SISTEMA GPS

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

Observable: Código ▼

Observables: Código C/A y
fase L1 ▼

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

Para ver las tablas seleccione la
opción "Descargar" del menú superior

SV: Satélites (SV,
Spacial Vehicle).

LB: línea base.

Las precisiones y los tiempos de observación
dependen de las líneas base.

10.
APLICACIONES

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

• Geodesia
• Geofísica
• Topografía y fotogrametría
• Ingeniería
• Hidrografía
• Sistemas de información
  geográfica
• Navegación
• Defensa
• Ocio y deporte

11.
APLICACIONES EN MINERÍA

11.1. INTRODUCCIÓN

La industria
minera ha sido pionera y líder
en expandir la utilización 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
precisión centimétrica en Tiempo Real, en cualquier
parte del mundo, las 24 horas del día, permite la
implantación de cambios y desarrollos significativos en la
automatización de las operaciones
mineras.

11.2. COMPONENTES ACTUALES

11.2.1. Levantamientos de mapas de
exploración

Hoy en día, los geólogos pueden
sencillamente dirigirse al terreno y capturar digitalmente la
ubicación y composición 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 información. Es posible encontrar
fácilmente los emplazamientos antes visitados, utilizando
las poderosas herramientas
de navegación del sistema GPS.

11.2.2. Reconocimientos
topográficos

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

• Control de avance de excavadoras
• Control de volúmenes
• Determinación de la inclinación de las
  pistas
• Replanteo de sondeos para voladura
• Replanteo de la división de los
  tajos
• Levantamiento de vertederos
• Análisis de grietas y
  deformaciones
• Levantamiento de pie y cabeza de taludes
• Control del firme
• Replanteo de pendientes y ángulos de
  taludes
• Etc.

11.2.3. Seguimiento y despacho de
vehículos

Al utilizar el sistema GPS para seguir la
posición 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 camión
queda inactivo. El sistema GPS también 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. Navegación y control de
maquinaria

Al utilizar la misma técnica que se creó
para los reconocimientos topográficos en tiempo real, los
sistemas de conducción 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 inclinación y
posición en las ramificaciones minerales. Las
funciones de control avanzadas de dichos sistemas permiten
recibir en tiempo real información sobre las diversas
variables
mecánicas operativas de cada máquina, lo cual da
lugar al mantenimiento
técnico preventivo y garantiza que las operaciones se
realicen dentro de las tolerancias indicadas. Dichos sistemas
reducen los gastos de
explotación gracias el aprovechamiento máximo del
equipo y reducen el costo de los
reconocimientos topográficos.

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

11.2.5. Alineación de bandas
transportadoras

Los sistemas de bandas transportadoras actuales, los que
pueden alcanzar kilómetros de longitud, necesitan
alineamientos exactos entre un segmento y otro. El sistema GPS se
utiliza para mantener en línea 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 así 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
más económicos hasta los 40.000 € para los
equipos geodésicos y topográficos más
sofisticados (Estación Total GPS), aunque depende mucho de
los numerosos accesorios adicionales que podemos añadir a
cada equipo, así como del software necesario para cada
tipo de trabajo.

13. VENTAJAS
E INCONVENIENTES

El sistema de posicionamiento mediante satélites,
ya sea con GPS, GLONASS o GPS/GLONASS, es una herramienta
imprescindible en la sociedad de
nuestros días, y que los técnicos 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 métodos clásicos, que nunca se deben
abandonar, pero que la evolución de otras técnicas obliga a
ir dejando a un lado y recurrir a técnicas, no sólo
más modernas, sino más fructíferas y que en
un futuro cercano estarán en el idioma y rutina cotidiano
de los profesionales de estos campos.

Se citan a continuación las ventajas que
ofrece el posicionamiento mediante satélites en nuestro
trabajo:

• No es necesaria la intervisibilidad entre estaciones,
  ya que el sistema de medida es indirecto entre ellas y directo
  a los satélites. Esto reduce el número de
  estacionamientos al poder salvar los obstáculos y reduce
  los errores accidentales y sistemáticos al no tener que
  realizar punterías ni tantos estacionamientos con
  intervisibilidad entre los puntos. En definitiva, se reduce el
  tiempo de observación y los errores que se producen en
  ella. Debemos añadir además que la
  observación nocturna es totalmente
  operativa.
• Al trabajar con ondas de radio, estas no sufren
  efectos significativos a causa de la niebla, lluvia,
  frío 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
  distanciómetros no supera los 4-5 Km de distancia,
  además del error que introduce. Con el posicionamiento
  mediante satélites podemos medir bases desde unos pocos
  metros hasta centenas y miles de Km.
• Dado que no se dispone de sistemas ópticos, su
  fragilidad es menor y su mantenimiento y calibración no
  es requerido con la frecuencia que lo requieren los
  instrumentos ópticos. 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 sólo
  desembolsos en instrumentación de observación,
  cálculo y gastos para I+D.
• La obtención de los resultados es
  rápida, máxime si sumamos la obtención de
  los mismos en tiempo real (RTK). Además, las
  observaciones y los resultados son interpretables y tienen
  comprobación.
• La variedad de métodos de posicionamiento hace
  que sean sistemas apropiados y aptos para cualquier tipo de
  trabajo.

Por otro lado, los inconvenientes más
relevantes son:

• No puede ser utilizado en obras subterráneas y
  a cielo cerrado.
• Tiene dificultades de uso en zonas urbanas, cerradas,
  con edificios altos y zonas arboladas y boscosas, debido a las
  continuas pérdidas de la señal de los
  satélites. Este problema, no obstante, se está
  solucionando, y de forma satisfactoria, con el uso combinado de
  las constelaciones GPS y GLONASS para mantener siempre cinco o
  más satélites sobre el horizonte.
• El desconocimiento del sistema. El sistema de
  posicionamiento por satélite es una gran herramienta, y
  de fácil 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 precisión y
  rendimiento.

14.
CONCLUSIÓN

Como conclusión final de todo lo expuesto con
anterioridad, podemos afirmar de manera evidente las ventajas del
sistema GPS frente a los métodos tradicionales, entre
otras: rapidez, fiabilidad, reducción de costes,
precisión, etc.

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

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

En relación con los trabajos mineros, la gran
ventaja del sistema GPS, sin duda ha sido el hecho de poder
obtener posicionamientos absolutos con la precisión
necesaria en tiempo real, requisito imprescindible en la
topografía minera, además de la posibilidad de
implementar procedimientos de automatización de maquinaria
y control de flotas de producción.

Isaac Pérez Román

ESCUELA UNIVERSITARIA POLITÉCNICA DE
ALMADÉN

INGENIERÍA TÉCNICA DE
MINAS

TRABAJO FIN DE CARRERA