Evaluación de receptores GPS bajo cubierta arbolada

Evaluación de receptores GPS bajo cubierta arbolada.

Assessment of GPS receivers under forest cannopy cover.

INTRODUCCIÓN:

Los sistemas de navegación por satélite, a día de hoy son una aplicación utilizada a diario por todo el mundo, desde los navegadores utilizados por los senderistas, en los automóviles, los utilizados por los aviones, militares y sobre todo en la topografía donde cada día cobran más importancia.

Dentro de los sistemas de navegación por satélite, el más famoso y utilizado es el sistema GPS (Global Positioning System) desarrollado y puesto en servicio por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Este sistema está formado por 24 satélites en varias órbitas alrededor de la tierra, a unos 20200 kilómetros de altitud. En la Tierra, 5 estaciones repartidas a lo largo de su superficie garantizan la precisión del sistema.

A la hora de realizar mediciones con GPS nos podemos encontrar en que dichas mediciones son afectadas por distintas fuentes de error, las cuales perjudican su precisión. Las fuentes de error que afectan de forma significativa a las medidas realizadas con el GPS son las siguientes:

· Ionosfera.

· Troposfera.

· Imprecisión de los relojes.

· Multipath.

· Disponibilidad selectiva (Desactivada en 2000).

En este estudio se realizarán dos tipos de medida para estudiar la precisión y la exactitud del GPS bajo cubierta arbolada:

· Una base fija en la zona de estudio que emite las correcciones pertinentes al rover por radio

· Un rover dotado de radio módem que recibe las correcciones de una red VRS por GPRS.

Como se comenta anteriormente, en este estudio se analizará estadísticamente la precisión y exactitud. Precisión y exactitud son dos términos que muchas veces se confunden. La precisión (Figura 1:) es la dispersión de los datos obtenidos, es decir como de cerca están los valores unos de otros. La exactitud (Figura 2:) muestra lo cerca que está el resultado de una medida de lo que realmente es la medida.

OBJETIVOS:

El objetivo principal de este trabajo es evaluar la precisión y exactitud del posicionamiento con GPS bajo cubierta arbolada. Para ello se caracterizaron cuatro tipos de masas forestales de pino (Pinus radiata) y se midieron puntos con un receptor GPS, utilizando tres métodos de trabajo: uno en postproceso (estático) y dos en tiempo real (RTK con base propia enlazado con radiomódem y RTK con base de la red GNSS de la Junta de Castilla y León enlazado con módem GSM).

Utilizando las observaciones en estático, los objetivos específicos son:

Valorar cual es la precisión máxima que se puede alcanzar con un receptor GPS bajo cubierta arbolada de Pinus radiata.
Evaluar la relación entre el tiempo de observación y la precisión para cada tipo de masa arbolada.
Identificar el tiempo mínimo de observación (en función del tipo de masa) para obtener coordenadas con una precisión objetivo.

A partir de las observaciones en tiempo real, los objetivos específicos son:

Valorar cuales son las precisiones y exactitudes que se pueden alcanzar con un receptor GPS trabajando en tiempo real bajo cubierta arbolada de Pinus radiata.
Evaluar que método es el más adecuado para realizar mediciones con receptores GPS bajo cubierta arbolada.
Identificar cuales son las variables dasométricas que más condicionan la precisión y exactitud del posicionamiento.

ZONA DE ESTUDIO:

La zona de estudio se ubica en el municipio de Sancedo, situado en la comarca de El Bierzo, al Oeste de la provincia de León. A la zona, situada al norte del municipio, se accede desde la carretera LE-711 que une

Sancedo con Ocero. En estos pinares se localizan las 12 parcelas próximas a un camino agrupadas a priori

en cuatro categorías con el fin de tener tres repeticiones de datos en cada tipo de masa arbolada. También está situada la base en una zona limpia y despejada para las mediciones en modo estático.

MATERIALES:

Material:

Receptor GPS Topcon Hiper PLUS.
Radio módem Pacific Crest PDL LPB.
Módem GSM Wavecom Fastrack M1306B (con SIM de Movistar).
Libreta electrónica Topcon FC-100.
Cámara fotográfica reflex Canon EOS 40D dotada de un objetivo gran angular (ojo de pez).

Software:

Topcon Tools Ver. 5.04.
Pinnacle.
Betop CE.
AutoCAD.
SPSS.

METODOLOGÍA:

Para el desarrollo de este trabajo se siguieron distintas fases, ejecutadas según las siguientes tareas:

Identificación y localización de los puntos de control y caracterización de las parcelas arboladas de Pinus radiata. Se buscaron masas arboladas de pino y se clasificaron en cuatro categorías en función de su densidad. En cada una de esas masas se identificaron y marcaron 3 puntos de control. A partir de cada punto de control se marcaron parcelas circulares de 10 m de radio; en cada parcela se hicieron las mediciones habituales para un inventario forestal (número de árboles, diámetro y distancia de cada árbol al centro de la parcela, altura dominante y altura de copa). También se tomaron fotografías (con objetivo “ojo de pez”) de las copas de los árboles para evaluar el porcentaje de cielo despejado en cada parcela. A partir de estos datos de campo se calcularon las variables caracterizadoras del tipo de masa. Además se marcaron otros dos puntos situados en zonas despejadas: un punto servirá como referencia para evaluar el posicionamiento sin cobertura arbolada (BASE1) y otro como base para los trabajos en tiempo real utilizando el módem GSM (BASE2). Por tanto se han marcado 12 puntos en parcelas arboladas y otros 2 puntos en zonas despejadas.

Determinación de las coordenadas precisas de cada punto de control. Para la medición de las coordenadas precisas de cada punto en cada parcela, se hicieron posicionamientos estáticos de una hora. El modo de trabajo en cada parcela fue similar: se situó un receptor en el centro de la parcela y el otro sobre el punto BASE1 (zona despejada). Los datos de campo fueron postprocesados para obtener las coordenadas precisas de cada punto de control (los 12 en parcelas arboladas y el punto BASE1).

Evaluación de la precisión y exactitud en los posicionamientos estáticos. Los ficheros de cada estático se fraccionaron en series temporales de 5 minutos y se postprocesaron para comprobar la variación de la precisión y exactitud en función del tiempo de observación. De esta forma se podrá evaluar cómo influye la cobertura arbórea en el tiempo de observación necesario para alcanzar cierta precisión objetivo.

Medición de las coordenadas de los puntos de control en tiempo real. Como ya se ha comentado, las coordenadas en tiempo real se determinaron con dos métodos diferentes: el primer método utilizó correcciones a partir de una base propia (enlace con radio módem) y el segundo método utilizó las correcciones de la red GNSS de la Junta de Castilla y León captadas con un móden GSM. Se tomaron las posiciones de los 12 puntos de las parcelas y del punto BASE1 con varias repeticiones durante varios días.

Tratamiento estadístico de los datos obtenidos en tiempo real. Con los datos obtenidos para cada punto se calcularon la precisión y exactitud de cada posicionamiento. La comparación de los resultados obtenidos en cada parcela se efectuó mediante tests que permitieron asegurar la fiabilidad estadística de los resultados.

METODOLOGÍA:

Una vez realizado este estudio se pueden resaltar las siguientes conclusiones:

Con las mediciones en modo estático, las mejores precisiones se alcanzaron en las parcelas 1, 4 y 6, siendo de 1mm en XY y de 11mm en Z. Estas parcelas, sobre todo la 4 y 6, son las de menor densidad.

Respecto al estudio sobre la relación entre precisión y tiempo de observación se puede concluir que la precisión mejora al aumentar el tiempo, pero a partir de los 30 minutos esta se mantiene más o menos estable.

En cuanto a la comparativa entre el modo de corrección con base propia (enlace radio módem) y el modo de corrección con red GNSS (enlace módem GSM), se han obtenido diferencias estadísticamente significativas en precisión y exactitud, especialmente cuando se utilizan los grupos de parcelas con árboles altos y baja densidad (parcelas 4-5-6) o masas más densas (parcelas 10-11-12). Estas parcelas son las que tienen mayor altura dominante, altura de copa y área basimétrica.

Con los resultados del estudio para medir coordenadas en tiempo real con un receptor GPS bajo cubierta arbolada, se puede recomendar la utilización de correcciones a partir de la red GNSS (enlace módem GSM) puesto que ofrecen mejor precisión que las correcciones a partir de base propia (enlace radio módem). En cuanto a la exactitud, los resultados de ambos sistemas son muy similares.

En cuanto a comodidad y efectividad también es preferible la utilización de un módem GSM puesto que el radio módem tiene un alcance limitado por la potencia de la antena. El módem GSM es más rápido en la configuración y puesta en marcha, mientras que con el enlace por radio módem hay que estacionar el fijo, configurarlo y se comienza a trabajar dejando un receptor GPS sin vigilancia.

Pablo Iglesias Rodríguez - Febrero de 2009.