GPS, uso y precisión

Este artículo viene a suplementar el de coordenadas y datum que publiqué el año pasado y es una guía sobre las mejores configuraciones de nuestro GPS y el porqué de hacer o no determinados ajustes, puede que llegue algo tarde, pero muchas veces damos por sentado que la gente conoce ciertas cosas que para nosotros son habituales y no es así, cuando hablo sobre estos temas de posiciones y GPS siempre me vienen a la mente dos casos que viví en primera persona, uno fue cuando buscábamos lo poco que queda del submarino de la boca de la ría de Ferrol y vi como alguien llegaba con un gps prestado e intentaba meter coordenadas con segundos teniendo configurado el gps con decimas de minuto, luego me pidieron ayuda, pero como ya ha quedado claro con el artículo de coordenadas y datums, una posición sin datum da el doble de trabajo, el otro ejemplo lo viví cuando fui a bucear con un club un pecio conocido y muy visitado por ellos y tardaron unos veinte minutos en localizar y fondear en la popa de un mercante en un fondo de arena, y aunque no puedo enseñar en este blog a un patrón a hacer su trabajo, si que voy a dar información y unas pautas para usar el receptor con precisiones de un metro, para ello usaré dos entornos que me son conocidos, uno es el entorno ideal, el mar y el otro el peor entorno para los GPS, los cañones y valles encajonados.

Diferencial

Llevo usando GPS desde hace unos veinticinco años, el primero fue el mítico GPS12 de garmin, un aparato innovador al poder trabajar con doce satélites, esto fue antes del año 2.000, cuando aun estaba operacional el protocolo de introducir errores aleatorios en la señal y la precisión anunciada para el GPS civiles era de cien metros, eran pues tiempos en los que confiábamos más bien poco en nuestros receptores GPS, de hecho en la náutica de Ferrol, mientras cursaba los estudios para patrón de altura nos enseñaban que si se usaba una posición obtenida por GPS en las cartas, debíamos anotar las propias siglas GPS al lado para saber que la posición era poco precisa, aunque una vez embarqué como alumno y habiendo un salto generacional entre los profesores y el capitán y oficiales, usábamos el GPS en todas las posiciones lo suficientemente lejos de tierra para no poder usar el radar y situarnos por demora y distancia, pero en esa época también apareció la primera ayuda para corregir estos errores y conseguir mayor precisión en nuestra posición, las estaciones diferenciales, estas básicamente son estaciones fijas, situadas en unas coordenadas conocidas, que reciben la señal de los satélites y calculan la diferencia entre la posición que les da dicha señal y la real donde están ubicadas, para luego enviar dicha diferencia a los receptores de mano, fueron realmente útiles e incluso se pusieron tan de moda que cualquier biblioteca o ayuntamiento contaba con una antena diferencial. En el mar, donde un aparato gps saca todo su potencial gracias a tratarse de una superficie relativamente plana y con el «cielo a la vista» para nuestro receptor, se instauraron rápidamente como ayudas esenciales a la navegación gracias a los radio faros, que con un alcance de unas doscientas millas náuticas, daban cobertura más que suficiente a las actividades de buceo recreativo y a muchos puntos de tierra también, en aquella época los receptores tenían la opción de activar o desactivar la ayuda diferencial, en el caso de activarla se perdían un par de canales de entrada de satélites, por lo que se trabajaba con menos satélites, pero gracias a esa corrección mejoraba notablemente la precisión de nuestra posición, de hecho la aparición de estas estaciones diferenciales, junto con las mejoras de los aparatos y otras ayudas, fue lo que propició que el presidente de USA, Bill Clinton, cancelara en el año dos mil la introducción aleatoria del error en la posición GPS.

Sin embargo, en la actualidad no todas las autoridades marítimas siguen viendo la necesidad de mantener el servicio DGPS en sus aguas ya que, en los últimos años, varios países han decidido interrumpir de manera definitiva la prestación de sus servicios nacionales DGPS, por lo que el número de estaciones DGPS existentes a nivel mundial se ha venido reduciendo. Las principales razones argumentadas para suprimir el servicio DGPS son las siguientes:

• Desaparición de la disponibilidad selectiva GPS.
• Avances tecnológicos que han incrementado la precisión y fiabilidad de los receptores.
• Falta de regulaciones internacionales que obliguen a los buques SOLAS y no SOLAS a llevar receptores DGPS.
• Existencia de un número creciente de satélites GPS, GALILEO, GLONASS y BEIDOU, así como de receptores multi-constelación.
• Uso de RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) en los receptores.
• Alta precisión y fiabilidad de los sistemas SBAS (Satellite Based Augmentation Systems) actuales, que emiten correcciones diferenciales por satélite, como es el caso del europeo EGNOS, con cobertura en España.
• Implantación del servicio EGNOS v2 marítimo con integridad a nivel de sistema y un futuro EGNOS v3 que, previsiblemente, ofrecerá integridad a nivel de usuario.

A la vista de todo lo anterior, en junio de 2020 Puertos del Estado sometió a trámite de audiencia pública una propuesta de supresión de la Red DGPS española que no recibió alegaciones en contra. Posteriormente, en su sesión nº 532 de 8 de octubre de 2020, la Comisión de faros dictaminó favorablemente la supresión, por lo que mediante resolución de la presidencia de Puertos del Estado de 25 de noviembre de 2020 se aprobó el “cierre ordenado y progresivo de la RED NACIONAL GPS DIFERENCIAL (DGPS) a lo largo de un periodo transitorio de 3 años que finalizó el 30 de junio de 2023, por lo que ya no podemos contar a día de hoy con la ayuda diferencial en nuestra precisión GPS, aunque si con sistemas parecidos.

WASS/EGNOS

Por estar los satélites sobre nuestras cabezas, el error más grande en sus cálculos es la propia altura del aparato receptor, un error en la altura es un peligro para la navegación de los aviones, sobre todo a la hora de aproximarse a los aeropuertos, o de los helicópteros en operaciones de rescate, por este motivo y basándose en un concepto muy parecido a las estaciones diferenciales, pronto se desarrollo en estados unidos un sistema de ayuda a la aviación llamado WAAS, que en Europa se instaló bajo el nombre de EGNOS, estos sistemas totalmente compatibles entre si, utiliza las medidas GNSS tomadas por estaciones georreferenciadas con alta precisión, denominadas RIMS, que están desplegadas por toda Europa y el Norte de África. Estas medidas se transmiten posteriormente a una central de cálculo donde se calculan las correcciones diferenciales y los mensajes de integridad. Después, estas correcciones e información de integridad se transmiten a todo el área de cobertura utilizando satélites geo-estacionacionarios, sirviendo como aumentación a los mensajes originales de las propias redes de satélites europeos GALILEO, pero tambien asiste a las redes GPS americana y al GLONASS ruso, además, como los aviones viajan a velocidades muy superiores a la de cualquier otro vehículo, sobre todo de los barcos, el alcance de estas estaciones es superior al de las estaciones diferenciales predecesoras.

El uso o no de las redes WAAS/EGNOS es otro ajuste que tenemos la opción de activar o desactivar en nuestro receptor de mano, aunque personalmente recomiendo tenerlo siempre activado a no ser que tengamos tan mala cobertura que solo estemos trabajando con cuatro o cinco satélites, en ese caso yo apago el ajuste WASS/EGNOS para tener opción de adquirir algún satélite más.

GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou…

A partir de los años sesenta Estados Unidos comenzó a desarrollar diferente sistemas de navegación, comenzando con el OMEGA, el TRANSIT quedó operativo en 1.967 y entre 1.978 y a partir de 1.985 se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satélites, hasta completar la constelación GPS actual, a la que se declaró con capacidad operativa en diciembre de 1993 y con capacidad operativa plena y utilidad civil en abril de 1995, aunque fue en 1.996, y reconociendo la importancia del uso civil del GPS, cuando el presidente Bill Clinton, impulsó una directiva declarando el uso dual, militar y civil, del GPS. La otra super potencia, Rusia, tardó algo más en tener su sistema operativo para usos militares, en enero de 1.996, y aun más en abrirlo al uso civil, no encuentro información exacta de cuando Garmin consiguió la licencia GLONASS (fueron los primeros) pero si no me falla la memoria fue alrededor del 2.010 cuando aparecieron los primeros receptores de mano multibanda.

El sistema Europeo GALILEO, tardó mucho más y no fue hasta los primeros años de este siglo cuando comenzaron con el desarrollo y puesta en marcha de satélites, pero demorándose también las pruebas y la finalización del proyecto hasta diciembre del 2.016, aunque sinceramente no es hasta el 2.023 cuando consigue superar en precisión al sistema americano, China es otro país que está trabajando en un sistema en posicionamiento por satélites, aunque ya disponía de uno con cobertura local para su país, está lanzando nuevos satélites para dar cobertura global, se llama BeiDou (osa mayor en chino)

Hoy en día todos los receptores se fabrican con al menos veinticuatro canales de entrada, de esta forma se puede optar a recibir señal de satélites de diferentes constelaciones y sistemas, el simple hecho de que un receptor trabaje con veinticuatro canales le da ya más precisión a la hora de posicionarnos, si a esto le sumamos la configuración EGNOSS activa, estaríamos trabajando con la precisión de veintidós satélites aumentada por los cálculos de error del sistema EGNOSS, pero no siempre es bueno seleccionar constelaciones de satélites de otros sistemas. Como podrá suponer el lector cada sistema se creó para dar el mejor servicio a la zona que ocupan en el globo sus creadores, pondré como ejemplo un problema que tuvo un gran deportista de nuestros tiempos, Juan sin miedo, que fue el primer ser humano en llegar en bicicleta al polo sur, hace unos años mientras estaba en una obra en Gijón, tuve la suerte de poder asistir a una charla suya sobre esta aventura, a parte de muchas cosas interesantes, comentó un problema que tuvo para usar su GPS y que básicamente consistió en que cuanto más se acercaba al polo, los satélites, que ya quedaban todos a su espalda, por tener una orbita más centrada al ecuador y latitudes útiles a los americanos, también estaban cada vez más bajos y sus cálculos eran cada vez más erróneos (algo parecido a lo que pasa a la hora de calcular la altura) este error se podría haber solucionado en parte si en aquel momento contase con un receptor que también admitiese el sistema ruso GLONASS, ya que por simples razones de la posición de rusia en el globo, sus satélites tienen orbitas mas cercanas a los polos, en lo que nos concierne a nosotros y desde este año (2.024) podemos usar con confianza la configuración GPS+GALILEO, ya que a finales del 2.023 el sistema europeo consiguió mejores precisiones que el americano y es un sistema centrado en dar cobertura a Europa.

Por todo lo anterior expuesto, si tenemos un viejo receptor que aun nos da la opción de elegir entre diferencial activado o no, deberíamos dejarlo desactivado si no tenemos la certeza de que aun dispongamos de alguna estación cerca y operativa, esto lo podemos saber activando la opción y dándole un buen margen de tiempo al aparato, si tuviese aún una corrección diferencial los receptores garmin ponían una «D» sobre la barra de señal de satélite en la pantalla de cielo, aquí quiero recalcar que para obtener una buena precisión en nuestra posición debemos trabajar con un receptor en caliente, nuestros aparatos tardan unos cuantos minutos en buscar, desechar y adquirir los mejores satélites, esto lo podemos ver en la misma pantalla de cielo del receptor o en la precisión estimada que nos da y como cada vez se reduce más, empezando en unos cuarenta y cinco metros y acabando entre dos y tres, aunque esto es estimado, los datos de diferencial en cambio a mi personalmente me tardaba hasta media hora en adquirirlos y aplicarlos.

En cuanto a la precisión, con mi ya jubilado Garmin Colorado, con los ajustes de diferencial y EGNOSS activados, y dándole tiempo a calentar, controlé alguna obra en la que no pusieron sistemas de posicionamiento, en la rotura de las agujas del canal de la ría de Ferrol, en frente al castillo de San Felipe, todos los días tenia que situar la pontona de los buzos y bajar con maquinillo los martillos hidráulicos, en una superficie de no más de dos metros de ancho por cuatro de largo, sin fallar ni un solo día gracias al receptor bien configurado, pero donde mejor pude comprobar la precisión de estos receptores todo terreno es en la obra de Gijón, en donde teníamos que mover la pontona cada dos metros para el dragado del canal de un astillero y cada movimiento y posición eran controlados por el jefe de obra, con un receptor profesional de precisión subcentimétrica y licencias de acceso a estaciones diferenciales de uso profesional, en esta obra de más de un año, me quedó claro que configurando bien un receptor de mano se obtenían errores de precisión por debajo del metro el noventa y nueve por ciento de las veces.

Una buena forma de ver la precisión de nuestras configuraciones es simplemente ir a una zona abierta, como una playa o campo y marcar de forma física un punto y también guardar el waypoint situando nuestro receptor justo en la vertical, nos vamos a dar un paseo y al volver y situar el aparato justo encima de la marca física, podemos ver que nuestra posición no va estar encima del waypoint, si seleccionamos el waypoint nos dará la distancia de la posición que está calculando el aparato, que de no existir error debía ser cero, si volvemos a irnos, cuando volvamos a la marca física veremos que ese error a cambiado pero nunca será cero, aunque si está bien configurado nuestro receptor, no debería llegar a un radio de un metro desde la marca física, por lo tanto aunque podemos confiar en precisiones de un metro en nuestra posición, personalmente en las obras siempre prometía que el error sería inferior a los dos metros, lo cual sinceramente, para el mundo del buceo es todo un lujo, fondear con dos metros de precisión sobre un pecio o bajo es garantía de éxito, a no ser que garree el ancla, pero eso ya es otra cosa, de hecho a modo de juego o como forma de probar la precisión a la hora de marcar una zona de buceo, suelo tirar una boya de descompresión de color rosa (a la que el patrón sabe que tiene que ignorar) y la hago firme al fondo manteniendo la linea tensa, una vez a bordo de la embarcación pongo mi receptor de mano en la vertical de la boya y guardo el waypoint, para cuando volvemos al sitio intentar fondear exactamente en el mismo punto, y estoy hablando de hacerlo por ejemplo, sobre el tambor de un maquinillo de ochenta centímetros de diámetro. (En estos casos no uso los gps de las lanchas porque la antena casi siempre está en el arco de popa y tendríamos que maniobrar con la hélice muy cerca de la boya y la linea, es muy importante que recuerde el lector, que la posición de un barco es exactamente la de la antena receptora, no la de la pantalla, consola o la proa, por lo que de poco sirve guardar una posición con el fondeo a pique, si la antena está en la popa a ocho o diez metros y motivo este también, por el que siempre debe colocarse la antena en la vertical del transductor de la sonda)

Cuando todo esto no sirve

Como ya he dicho, para que un receptor saque todo su potencial necesita tener el cielo a la vista y no solo sobre nuestras cabezas si no en todas direcciones, por eso el mar es un sitio ideal para conseguir la máxima precisión posible, al igual que lo es un gran terreno abierto o la cima de una montaña, por contra, las ciudades con grandes edificios, un valle encajonado o incluso un bosque muy frondoso harán de pantalla a la señal de los satélites o directamente la bloquearan, en el caso de cañones o valles solo podremos recibir señal de los satélites que tengamos sobre nuestras cabezas, quedando los satélites de los laterales ocultos por el terreno y perdiendo no solo gran numero de señales, si no que son precisamente estas señales de satélites en mayor ángulo las que mejor precisión nos dan en nuestra posición, en esta situación no seria nada extraño tener una precisión de unos treinta metros, por poner un ejemplo podemos llegar a observar en el mapa del receptor como nuestra posición calculada por el aparato, va por el lado contrario del rio o valle al lado en el que realmente estamos. Esto en un uso recreativo no tendría mayor inconveniente que el ser conscientes de que vamos a tener esos errores o incluso vamos a perder la señal mientras estemos en sitios a la sombra de los satélites, teniendo que prever la situación y suplirla si fuese necesario con referencias visuales o una brújula, pero si por ejemplo necesitamos obtener las coordenadas de un punto en estas condiciones la mejor opción, desde mi punto de vista, es guardar todos los waypoints que podamos alejándonos y volviendo al punto a guardar la posición, para luego promediar las coordenadas, de esta forma conseguiríamos reducir el error, aunque dependiendo de la exactitud que busquemos este aun podría ser importante. En cuanto a los ajustes de diferencial o EGNOSS no sirven de nada ya que estos son el resultado de los cálculos de diferencia entre la posición exacta de la estación en tierra y la calculada por los satélites, pero estas estaciones están ubicadas en zonas de buena cobertura y el error de estas nada tiene que ver con el que nos da nuestros aparatos en sitios con mala cobertura, ya que es mucho más grande y no puede corregirse con los datos aportados por los diferentes sistemas de aumentación de la precisión.