DOSSIER AGRICULTURA DE PRECISIÓN

SU OBJETIVO PRINCIPAL ES MINIMIZAR LA PÉRDIDA DE PRECISIÓN DEBIDA ALA DISTANCIA ALA ESTACIÓN BASE

Avances en las tecnologías GPS,

las redes RTKHasta hace poco, el empleo de equipos de posicio-namiento RTK obligaba a usar un complejo conjun-to de dispositivos. Hoy disponemos de nuevos sis-temas que integran varios de estos equipos en unúnico dispositivo, si bien para conseguir la alta pre-

cisión que la tecnología RTK ofrece, se hacía nece-sario hasta ahora disponer de una estación basepropia y localizarla en un punto central de la explo-tación para dar servicio a toda el área de interés.Pero todo esto está cambiando, y muy rápido.

Constantino Valero.Universidad Politécnica de Madrid ,

esde hace algunos años nuestrosautomóviles y tractores puedensaber por dónde van gracias a latecnología GPS. A diferencia de

los viejos receptores GPS que cometíanerrores de posición cercanos a los 5 m por-que no recibían corrección de la señal, losreceptores actuales pueden ser cataloga-dos, en líneas generales, en dos grandesgrupos:

• Receptores GPS diferenciales (dGPS):además de captar la señal de los satélitesGPS, son capaces de corregir la posición has-ta errores menores de 2 m, ya que reciben co-rrección diferencial de otros satélites públicos(como Egnos), privados (Omnistar, Starfire,etc.) o incluso vía radio e internet.

• Receptores RTK: son dispositivos mu-cho más avanzados, que además de captar laseñal de los satélites GPS, se comunican conotro receptor/emisor situado en un punto fijo(estación base) y hacen cálculos complejosde la señal electromagnética para conseguirprecisiones cercanas a 1 cm.

Hasta hace poco, el empleo de equipos

de posicionamiento RTK obligaba a usar uncomplejo conjunto de dispositivos: la esta-ción base, el receptor móvil (o varios de ellos),baterías para ambos, los enlaces de radio, untrípode, la pértiga para llevar el transmisor, lamochila si lo vamos a llevar a cuestas (parahacer muestreos de suelo, o malas hierbas,por ejemplo), etc.

Hoy disponemos de nuevos sistemas queintegran varios de estos equipos en un únicodispositivo, que además pueden recibir auto-máticamente señal de los satélites de cual-quier constelación GNSS ( el tradicional GPS,el ruso Glonass o el europeo Galileo, cuandoesté operativo) y todo ello con una autonomíay tamaño adecuados para ir montados en unpequeño mástil cómodamente. Sin embargo,para conseguir la alta precisión que la tecno-logía RTK ofrece, se hacía necesario hastaahora disponer de una estación base propia ylocalizarla en un punto central de la explota-ción para dar servicio a todo el área de inte-rés. Pero todo esto está cambiando, y muy rá-pido.

Los clusters oagrupaciones de RTK

Sin embargo, para cubrir áreas grandes,se hacía necesario mover la estación base deun sitio a otro, con el consiguiente gasto detiempo y de dinero. En algunos sectores,como el de obras e infraestructuras civiles,este problema puede ser crítico, por lo que sellegó pronto a una solución intermedia: repar-tir por el territorio un pequeño número de es-

44 lild8RURAL (15/Julio/2009)

FIGURA 1.Estaciones base de la red SmartNet de Leica en España.

Fuente: Leica Spiderweb http://smartnet.leica-geosystems.eu/spiderweb/frmSiteOverviewMap.aspx

rie*"Receptores Inttalajos

•GPS GPS•GLONASS •Control rn•tnco

FIGURA 2.Estaciones base de la red GNSS de Castilla y León.

Fuente: http://gnssitacyLes .

taciones base semi-fijas. Este conjunto (ocluster) de estaciones RTK dan servicio a unárea mayor, de forma que el receptor móvil(ej.: tractor) recibe la señal de corrección desu posición desde la base que se encuentramás próxima en cada momento.

Como es lógico, esta solución, que nor-malmente ha de costear el propio usuario, noes económicamente rentable en el caso delas tareas agrícolas de un único agricultor, yaque el coste de varias estaciones base puedeser muy alto. Sin embargo, no son pocas lasasociaciones de productores a nivel mundialque han instalado sus clusters de RTK paracubrir su zona productiva, y dar servicio a sussocios. No es una mala solución, pero presen-ta varias desventajas:• El receptor (tractor) recibe corrección de

una sola estación base.• Si se mueve fuera del alcance de esa base,

el usuario ha de cambiar manualmente elequipo receptor para que pueda "escu-char" la señal de otra base.

• No se corrige el error proporcional a la dis-tancia hasta la estación base (de lo cual sehabla más adelante).

• Por lo anterior, la precisión que se consiguecon un cluster de RTK no es mayor que la deun RTK tradicional en solitario.

• Las estaciones base han de ser costeadaspor el usuario (o asociación de productores).

Según los expertos, los clusters RTK ten-derán a desaparecer o a convertirseen verdaderas redes RTK, ya quetodo son ventajas en este sentido.

Las redes RTK

Recientemente se están im-plantando por muchas áreas delmundo las llamadas redes RTK o re-des GNSS que permitirán disponerde alta precisión sin necesidad deestación base.

Una red RTK es un conjunto dereceptores GPS (o GNSS) perma-nentes, repartidos por un área ex-tensa, cuya señal combinada seemplea para generar las correccio-nes diferenciales RTK que cualquierreceptor cliente GPS pueda necesi-tar durante su trabajo. Hoy en díaexisten redes RTK operativas en mu-chos países (Reino Unido, Irlanda,Alemania, España, partes de Améri-ca y de Australia, entre otros). En Eu-

ha. Por su parte, Trimble también está insta-lando estaciones para su red RTK en España,si bien por ahora sólo está disponible en laComunidad de Madrid. La tercera empresa enliza esTopcon, que ya dispone de redes en Ga-licia y otras áreas de España, pero de gestióny uso privado.

Generalmente, los usuahos han de suscri-birse a la red RTK para recibir la co-rrección diferencial, pero tambiénhay ya redes públicas, otras en des-arrollo, o parcialmente financiadascon fondos regionales, instituciona-les, etc. La figura 2 muestra las es-taciones de la Red GNSS de Castillay León de uso gratuito si no es con fi-nes lucrativos. Igualmente hay re-des públicas desplegadas en:-Toda Europa (EUREF).- Murcia (REGAM y Meristemum).- Euskadi.- Navarra (RGAN).- Comunidad Valenciana (ERVA).- Madrid (IBEREF).- Cataluña (CATNET).- Andalucía (RAP).- La Rioja.- Y la citada de Castilla y León (del

ITACyL).Las correcciones RTK pueden

ser generadas por la redes RTK me-diante varios métodos de control y

ropa es destacable la implantación de la redSmartNet Europe, con tecnología de la em-presa Leica Geosystems. Las redes RTK pue-den variar en tamaño, desde pequeñas redeslocales con unas pocas estaciones de refe-rencia, hasta docenas de estaciones cubrien-do todo un país. El mapa de la figura 1 mues-tra las estaciones de la red SmartNet en Espa-

(15/Julio/2009) Vida RURAL El

CUADRO 1.Ventajas e inconvenientes de las redes RTK.

VENTAJAS INCONVENIENTES

No es necesario comprar ni instalar una estación base. El coste de suscripción a la red RTK (si no está financiadapor una entidad pública, en cuyo caso es gratuito).

Las precisiones de las posiciones calculadas según vamoviéndose el receptor móvil son más homogéneas. El coste de la transmisión de la corrección (normalmente

por internet vía móvil GPRS).La precisión se mantiene aunque el receptor se muevagrandes distancias.

Se puede cubrir el mismo área sin necesidad de instalarmúltiples estaciones base propias (o moverlas de unsitio a otro).

Fuente: Leica.

CUADRO 11.Ventajas e inconvenientes del RTK tradicional (con una sola estación base).

VENTAJAS INCONVENIENTES

El modo de funcionamiento es bien conocido y normal-mente fácil de implementar.

La estación base es costosa.

Posicionar y arrancar la estación base puede sercomplicado y requerir cierto tiempo.La trazabilidad según cambia la posición puede ser man-

tenida gracias a que la estación base está fija, y los cál-culos los realiza el receptor móvil. Según aumenta la distancia entre la estación de referencia

y el receptor móvil, disminuye la precisión en el cálculo dela posición.

Fuente: Leica.

En las estaciones RTK tradicionales la trazabllidad según cambia la posición puede ser mantenidagracias a que la estación base está fija, y los cálculos los realiza el receptor móvil.

AGRICULTURA DE PRECISIÓNDOSSIER

de cálculo, como las conexiones MAX(Master-Auxiliary), el MAX individualizado(i-MAX), las Estaciones Virtuales de Refe-rencia (VRS) o la parametrización Flächern-Korrektur (FKP).

Funcionamiento del RTK de una solaestación base

La forma más fácil de hacerse a la ideade lo que una red RTK (cuadro 1) supone escompararla con el sistema RTK tradicional(cuadro II y figura 3). Un receptor RTK tra-dicional (como el que puede estar instala-do en un tractor o en una sembradora deprecisión) recibe la corrección de una solaestación base de referencia. Ésta puede es-tar situada en una posición permanente(p.ej.: el techo de la oficina) o puede situar-te temporalmente en el campo cerca dedonde se vaya a necesitar cada día.

El principio de funcionamiento siemprees el mismo: se pone a punto la estaciónbase en un punto conocido, y se envían co-rrecciones a los receptores móviles (vía ra-dio, módems o enlaces GSM). Hay tres re-glas en el intercambio de mensajes entre elreceptor móvil y la estación base:

1.Tanto el receptor como la estaciónbase están observando el movimiento delmismo conjunto de satélites GPS.

2.La estación envía al receptor tanto suposición como toda la información de lossatélites

3.El receptor combina toda la informa-ción para calcular la posición RTK corregida.

Los últimos desarrollos en los algorit-

las condiciones atmosféricas: según aumen-ta la distancia, la atmósfera entre ambos sehace más y más diferente, y los algoritmos decálculo no son capaces de resolver las ambi-güedades.

En el caso de usar un cluster RTK o con-junto de estaciones base, el receptor recibe laseñal de corrección sólo de aquella que estémás cerca en cada momento, a diferencia delo que ocurre en las verdaderas redes RTK.

Funcionamiento de una red RTKUna red RTK requiere un mínimo de cinco

estaciones base (no hay máximo) situadas aunos 70 km de distancia entre sí. Normal-mente son estaciones fijas y forman el cora-zón de la red RTK (figura 4). El objetivo princi-pal de una red RTK es minimizar la pérdida deprecisión debida a la distancia a la estaciónbase.

Todas las estaciones base están conecta-das a un servidor central, al que envían conti-nuamente información sobre su posición ysatélites a la vista. EL servidor ejecuta un soft-ware capaz de:• Resolver las ambigüedades de los satélites.

mos de cálculo de la posición mediante RTKpermiten al receptor móvil situarse hasta a 50km de la estación base.

La pérdida de precisión con el aumentode la distancia a la estación de referencia RTKse debe fundamentalmente a los cambios en

VidaRURIU. (15/Julio/ 2009)

e

/1\ ReferenceStation

Fuente Leica,

RTK Network

Rover

FIGURA 3.Disposición de un sistema RTK tradicional con una solaestación base

POTENCIA SAL . BAJO CONSUMO. P CASE III

CON TRANSMISIÓN VARIABLE CONTINUA

• Usar la información de todas las esta-ciones, o un subconjunto de ellas,para enviar la corrección a cualquierreceptor RTK móvil dentro de los lími-tes de la red.

El receptor móvil se conecta a la redRTK mediante un enlace uni o bi-direc-cional (radio modem, GSM o internet).AIrecibir la señal, calcula su posiciónusando un algoritmo concreto. El algorit-mo (y con ello el error relativo a la dis-tancia) depende del tipo de conexión dered RTK (MAX, FKP, VRS, etc.). Cada unode ellos usa un modelo de cálculo dife-rente, y también pueden llevar a cabo elcálculo en el receptor móvil o en el servi-dor, dependiendo de su configuración.De este modo, la relación entre el recep-tor y la red es diferente en cada caso, locual provoca grandes diferencias en fun-cionamiento, precisión, fiabilidad y tra-zabilidad del usuario móvil.

2.400€ como cuota anual de suscrip-ción a su red RTK. Trimble pide 1.200€/año por el uso ilimitado, y 695 €/añopor 100 horas de uso. Según los cálculosde Leica, si se va a hacer uso del serviciounas 100 veces al año, su sistema salerentable si gracias a él nos podemos evi-tar 24 € cada vez que se use. No estámuy claro que un agricultor lo vaya a usar100 veces al año (dependerá de muchosfactores) pero lo que sí está claro es quese ahorra:

• El dinero que cuesta adquirir unaestación base propia, con todos sus ac-cesorios, junto con el mantenimiento oposibles reparaciones.

• El tiempo que emplea cada día eninstalar, configurar, desinstalar y volver allevarse la estación base.

• El tiempo que emplea en cambiarde sitio la estación base, si las parcelasestán muy distantes entre sí.

¿Es rentable el preciode la suscripción a unared RTK?

Como es lógico, esto dependerá de lacuota anual. En las zonas en las que el gobier-no local subvencione todo o parte de la red, larentabilidad será más evidente. En España,como ya se ha comentado, existen varias re-giones en las que los Gobiernos locales hanpuesto a punto una red RTK gratuita, y el úni-co coste para el usuario es la tarifa de recep-

ción de datos por móvil (vía GPRS) para poderrecibir la corrección en tiempo real. El ITACyL(Instituto Tecnológico Agrario de Castilla yLeón) estima que, con un uso de 3-4 horasdiarias de conexión GPRS/UMTS/3.5G, ha-bría que pagar al proveedor de internet móvilunos 15 €/mes de tarifa plana para un volu-men de datos de unos 200 Mb/mes. Afortu-nadamente los precios de la telefonía móvilsiguen bajando.

Adicionalmente a ese gasto en telefoníamóvil para conectarse al sistema, hay empre-sas como Leica Geosystems que piden unos

• Las preocupaciones como ¿fun-cionará hoy la estación? ¿se me estropeará?¿me la robarán?, etc.

Por supuesto, en el caso de usar una redRTK pública, regional por ejemplo, nos ahorra-mos también la cuota anual.

Criterios para elegir entrelos tipos de redes RTK

Parece claro que el precio (o la gratui-dad) será el primer criterio a la hora de co-nectarnos a una red RTK u otra. Pero si nues-tro presupuesto nos lo permite y disponemos

RTKCorrections

Rover

Network RTK Server

Collects satelliteobservations from Ref. Stns.

Sends RTK corrections tothe Rover

70 km

Reference Stations

.."4••••

DOSSIER AGRICULTURA DE PRECISIÓN

FIGURA 4.Red de estaciones base RTK, servidor central de proceso y usuario móvil (rover) recibiendola corrección en tiempo real.

CUADRO III.Criterios de elección de los distintos tipos de redes.

VRS I -MAX FKP MAX

Controlado por el receptor móvil NO NO NO sí

Usa un estándar NO NO NO sí

Maximiza la información de los satélites NO NO sí

Consistencia PEOR MEJOR MEJOR MEJOR

Trazabilidad y repetibilidad PEOR MEJOR MEJOR MEJOR

Minimiza los errores según alejamiento a la base sí sí sí sí

Fuente: Leica

de varias posibilidades en nuestra zona,hay criterios técnicos que diferencian lasredes existentes.

Arriba se mencionaba que gracias alservidor central de la red, la ambigüedaden el cálculo de la posición se reduce au-nando las informaciones de todas las esta-ciones base en lo que se llama ambigüe-dad común. Una vez que ésta se ha calcu-lado, el servidor aplica su método matemá-tico (p.ej.: MAX) para calcular y enviar la co-rrección RTK al receptor móvil. Pero ¿en quése diferencian estos métodos matemáti-cos?:

1. Estandarizados/ no estandarizados:hay redes que aplican métodos basados enestándares internacionales, y por tanto,más compatibles y conocidos, por lo queson más transparentes al usuario.

2. Red controlada por el receptor móvil opor el servidor: en determinadas redes, es elservidor el que decide a qué estaciones basetiene acceso el receptor móvil; esto tiene laventaja de que la comunicación puede sermás rápida y la red se optimiza, pero el errorcometido en la localización puede ser mayor.En las redes en las que el receptor decide aqué estaciones se conecta, dependiendo dela calidad de su señal RTK, la precisión es ma-yor y se puede responder sobre la marcha acambios en la red.

3.Uso de toda la información GPS dispo-nible: hay redes en las que no se usa la infor-mación de todos los satélites GPS a la vista, apesar de que todas las estaciones base inter-cambian dicha información con el servidor.

4.Trazabilidad y repetibilidad: es un re-querimiento legal impuesto por muchos Go-

biernos que las redes sean capaces de repro-ducir a lo largo del tiempo las coordenadas dehitos o monumentos de referencia, para com-probar su fiabilidad

5. Consistencia: la posición y el error deposicionamiento obtenidos durante el uso deuna red RTK deben ser homogéneos, pococambiantes, incluso aunque varíen las condi-ciones atmosféricas circundantes.

Las redes que utilizas los métodos i-MAX(individual master-auxiliary) y VRS (virtual re-ference station) simulan el funcionamientode un RTK tradicional de una sola estaciónbase, para ser compatibles con los equiposmás antiguos. Las redes que emplean el mé-todo MAX (master-auxiliary), sin embargo, ha-cen uso de todo el potencial que estos nuevossistemas ofrecen y además adoptan la normainternacional RTCM 3.1.

En el cuadro III se aplican los cinco crite-rios explicados a los cuatro tipos de redesexistentes.

Conclusión

La tecnología GPS está evolucionando rá-pidamente, y el RTK es buen ejemplo de ello.Allí donde necesitemos presiones altas (infe-riores a medio metro) las recientes redes RTK(o GNSS) públicas o privadas proporcionanun medio excelente para proveernos de co-rrección diferencial de alta calidad a un bajocoste. •Más información:

Gran parte de la información de esteartículo ha sido extraída de las siguientesfuentes:

Leica Geosystems http://smartnet.leica-geosystems.eu

E. Gakstatter, revista GPS World: "RTKwebinar"http://sc.gpsworld.com/gpssc/S&C+Newsletter+Editorial/RTK-Networks-Webinar-QampA-Follow-Up/ArticleStandard/Article/detail/597033

E. Gakstatter, revista GPS World: "RTKNetworks: The Wild, WildWest"http://sc.gpsworld.com/gpssc/S%26C+Newsletter°/03A+Editorial/RTK-Networks-The-Wild-Wild-West/ArticleStandard/Article/detail/590965?contextCategoryld=25249

Fuente: Leica.

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