Explicación

15.1 Principios de funcionamiento del GPS

El sistema GPS tiene actualmente 31 satélites activos en órbitas inclinados 55 grados al ecuador. Los satélites orbitan alrededor de 20.000 kilómetros de la superficie de la tierra y cumplen dos órbitas por día. Las órbitas están diseñadas de tal manera que siempre hay 6 satélites a la vista, desde la mayoría de los lugares de la Tierra.

El GPS utiliza una tecnología compleja para alcanzar la estimación de la posición con la incertidumbre de centímetros, pero el concepto es bastante simple.

El receptor GPS recibe una señal de cada satélite GPS. Los satélites transmiten la hora exacta en que las señales han sido enviadas. Restando el tiempo en que la señal fue transmitida del momento en que fue recibido, el GPS puede saber lo lejos que está de cada satélite. El receptor GPS también conoce la posición exacta de los satélites en el cielo, en el momento en que se enviaron a sus señales. Así que teniendo el tiempo de viaje de la señal GPS desde los tres satélites y su posición exacta en el cielo, el receptor GPS puede determinar su posición en tres dimensiones, al este, al norte y la altitud.

Figura 1. Representación del funcionamiento del GPS. Imagen obtenida de: http://www.gpsgarmin.org/ Sólo para fines educativos

Existe una complicación. Para calcular el tiempo que las señales GPS tomaron para llegar, el receptor GPS necesita saber la hora de forma muy precisa. Los satélites GPS tienen relojes atómicos que funcionan de manera muy precisa, pero no es factible equipar a un receptor GPS con un reloj atómico. Sin embargo, si el receptor GPS utiliza la señal de un cuarto satélite, éste puede resolver una ecuación que le permite determinar el tiempo exacto, sin necesidad de un reloj atómico.

Para calcular una posición 2D, latitud y longitud, y seguir el movimiento, el receptor GPS debe recibir la señal de al menos tres satélites. Para determinar la posición 3D del usuario, latitud, longitud y altitud, se debe recibir la señal de al menos cuatro satélites. Una vez que la posición del usuario ha sido determinada, la unidad GPS puede calcular otra información, como la velocidad, el rumbo, la pista, la distancia del viaje, la distancia al destino, la salida, la puesta del sol y más.

Un receptor GPS moderno normalmente hará un seguimiento de todos los satélites disponibles al mismo tiempo, pero sólo una selección de ellos se utilizará para calcular la posición del usuario.

Figura 2. Ejemplos de receptores GPS. Imagen obtenida de http://www.tvsatelitallibre.com/satelite solo para fines educativos

15.2 Integración con sistemas de telemetría

Un sistema de telemetría permite transmitir datos de uno a más receptores hacia una central de recolección.

En el área automotriz la tecnología GPS se ha relacionado con los sistemas de telemetría.

Estos sistemas se generaron en el ámbito del monitoreo de fenómenos naturales, como la medición de la temperatura en el océano en diferentes puntos o la medición de la cantidad de lluvia caída en una determinada región. Las tecnologías de comunicación más utilizadas son la de comunicación celular a través de las redes GSM o superiores, la comunicación radio y en algunos países la comunicación WiMax.

A través de un sistema de telemetría vehicular se suelen transmitir datos como:

Debido a la naturaleza de las mediciones, en ámbito automotriz los sistemas de telemetría encuentran aplicación especialmente para los vehículos comerciales. Sin embargo, siempre más vehículos privados cuentan con un sistema de telemetría especialmente para las funciones de alarma antirrobo.

Un caso particular de integración de GPS y sistemas de telemetría es el sistema de seguimiento de flota que se analiza a continuación.

15.3 Caso: sistemas de seguimientos de flota

Muchos negocios y empresas buscan lograr el control total sobre sus flotas para reducir costos y localizar sus conductores. Esto se ha logrado gracias a la implementación de tecnología de Rastreo Vehicular GPS o Seguimiento de Flotas GPS. Este sistema se encarga de recolectar y transmitir datos sobre cada vehículo. Los datos se direccionan a una interfaz web, por lo cual es sencillo analizar datos generados por diferentes fuentes.

La posición del vehículo de la flota, el cual tiene instalado un dispositivo inalámbrico de rastreo, es dada por el satélite GPS que rastrea la señal GPS las 24 horas. El vehículo transmite información del GPS y rendimiento a través de una red inalámbrica hacia un servidor que se encarga de procesar dicha información. El operador de la flota puede dar seguimiento dado a que recibe en su computadora el reporte de la información de los vehículos y equipo en tiempo real, tanto de los que se encuentran dentro como fuera de la carretera a través de un programa o conexión a Internet. La figura 3 muestra un esquema del sistema de seguimiento de flotas.

Algunos de los beneficios que brinda un sistema de seguimiento GPS son:

Visibilidad total de la flota en tiempo real.
Optimización del consumo del combustible.
Mejorar el desempeño de los trabajadores y el cumplimiento.
Distancia recorrida.
Cantidad de paradas por conductor y tiempo de las mismas.
Información sobre el tiempo transcurrido de un trabajo para una facturación exacta.
Eliminar el uso no autorizado de vehículos.
Mejorar el tiempo de respuesta con el vehículo más cercano.
Alerta de control de velocidad.
El propio cliente podrá consultar la ubicación de un vehículo y el estado del mismo.
Sistema eficiente y rentable.
Actualizaciones de rendimiento en tiempo real.
Recuperación de vehículos robados.

Figura 3. Representación de funcionamiento del sistema de seguimiento de flotas. Imagen obtenida de: http://www.badgerfleet.com/gps-vehicle-tracking.cfm Sólo para fines educativos