Principios de Electricidad y Magnetismo 1000017 METROLOGÍA G12N14Wilmar 273558 G09N07Carlos 273219 G12N07Camilo 258086 G12N09Camilo 416044 G12N25Karen 274345 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

Aplicación De Los Sistemas de Posicionamiento Satelital (GPS) En Agricultura de Precisión UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

Agricultura de Precisión (AP) La Agricultura de Precisión (AP) es un concepto agronómico de gestión de parcelas agrícolas, basado en la existencia de variabilidad en campo. Requiere el uso de las tecnologías de Sistemas de Posicionamiento Global (GPS), sensores, satélites e imágenes aéreas junto con Sistemas de Información Geográfico (SIG) para estimar, evaluar y entender dichas variaciones. La información recolectada puede ser usada para evaluar con mayor precisión la densidad óptima de siembra, estimar fertilizantes y otras entradas necesarias, y predecir con más exactitud la producción de los cultivos UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

Agricultura de Precisión (AP) Concepción que busca optimizar el proceso productivo a partir de la variabilidad del agroecosistema. Permite mayor conocimiento del sistema Facilita la utilización racional de los insumos Permite mejorar la productividad Beneficios considerables en aspectos técnicos, ambientales y económicos UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

Interacción entre varios elementos que integran la AP

Introducción El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de localización, diseñado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos con fines militares para proporcionar estimaciones precisas de posición, velocidad y tiempo; operativo desde 1995 utiliza conjuntamente una red de ordenadores y una constelación de 24 satélites para determinar por triangulación, la altitud, longitud y latitud de cualquier objeto en la superficie terrestre UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Definición GPS es un sistema de posicionamiento basado en la medición de la distancia a un mínimo de cuatro satélites simultáneos, que además, transmiten sus posiciones estimadas. Es posible determinar (en cualquier momento y bajo cualquier condición atmosférica), una posición precisa en cualquier punto de la superficie terrestre. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Arquitectura del sistema GPS El sistema GPS comprende tres segmentos diferentes: El Segmento Espacial El Segmento de Control El Segmento de Usuarios UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Segmento Espacial Consiste de 24 satélites distribuidos en seis planos orbitales inclinados 55º respecto al ecuador y distribuidos en forma equidistante. Los satélites se mueven a un altura aproximada de 20600 km, completando dos revoluciones por día sidéreo. El segmento espacial está diseñado de tal forma que se pueda contar con un mínimo de 4 satélites visibles por encima de un ángulo de elevación de 15º en cualquier punto de la superficie terrestre, durante las 24 horas del día. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Segmento de Control El segmento de control estaba compuesto en sus orígenes por una estación de control maestro en Colorado Springs (EEUU), 5 estaciones de observación y 4 antenas de tierra distribuidas entre 5 puntos muy cercanos al ecuador terrestre. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Segmento de Control Controlan la información de los satélites y pueden corregir, aumentando o disminuyendo el error. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Segmento de Control El segmento de Control tiene la función de: Supervisar y controlar continuamente el sistema satelital. Determinar el tiempo del sistema GPS. Predecir las efemérides satelitales y el comportamiento de los osciladores en los satélites. Actualizar periódicamente la información de navegación para cada satélite en particular UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Segmento del Usuario El segmento de Usuarios comprende a cualquiera que reciba las señales GPS con un receptor, determinando su posición y/o la hora. Algunas aplicaciones típicas dentro del segmento Usuarios son: la navegación en tierra, ubicación de vehículos, topografía, navegación marítima y aérea, control de maquinaria, etc UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Segmento del Usuario UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 La Señal GPS Los satélites transmiten constantemente en dos ondas portadoras que viajan a la velocidad de la luz. Dichas ondas portadoras se derivan de la frecuencia fundamental (10.23 MHz), generada por un reloj atómico muy preciso. La portadora L1  frecuencia de 1575.42 MHz y longitud de onda de 19.05 cm La portadora L2  frecuencia de 1227.60 MHz y longitud de onda de 24.45 cm. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Principios del Posicionamiento El principio del posicionamiento satelitario es simple y se basa en relacionar tres componentes: Una cantidad conocida, que es la posición del satélite (XS, YS, ZS). Una cantidad mensurable, que es la distancia satélite receptor . Una cantidad desconocida, que es la posición del receptor (XR, YR, ZR). UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Medición de Distancia Satélite – Receptor En los satélites se encuentran relojes atómicos que son controlados por la Estación de Control. Los satélites transmiten al usuario junto con la información orbital, las correcciones que deben ser aplicadas a sus relojes. No es posible equipar a los receptores con relojes de tan alta tecnología. Por esta razón los relojes de los receptores pueden estar afectados de errores intolerables. Debido a ello la distancia determinada satélite – receptor se denomina seudodistancia. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Medición de Distancia Satélite – Receptor Posición de los satélites (XS, YS, ZS)  dato conocido. Pseudodistancia  la mide el receptor. 4 Incógnitas  (XR, YR, ZR) y la corrección al reloj del receptor.  Se necesitan 4 seudodistancias (4 satélites) para resolver el problema UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Precisión GPS: el reloj de los receptores GPS no está sincronizado con los relojes atómicos de los satélites GPS, por los cual la ubicación no es muy precisa (4º satélite corrige este error) DGPS (GPS Diferencial), proporciona a los receptores GPS correcciones de los datos recibidos de los satélites, para obtener mayor precisión en la posición calculada. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Uso de sistemas de posicionamiento global (SPG) mediante triangulación para un tractor agrícola UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Errores en el Posicionamiento La exactitud del posicionamiento absoluto GPS depende de dos factores: 1) La exactitud de la medición de seudodistancias. 2) La configuración espacial de los satélites usados. Errores que afectan a la medición de la distancia Satélite - Receptor: Error de Efemérides. Error de los Relojes. Errores Atmosféricos Error de Medición. Disponibilidad Selectiva UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 Error de Efemérides: Las órbitas transmitidas de los satélites son una extrapolación temporal y esta es la principal causa del error de efemérides. El efecto del error de efemérides en la medida de la seudodistancia es del orden de 1 a 3 metros. Error de los RelojesLa Estación de Control Maestro calcula para cada reloj de los satélites los coeficientes de corrección. Estos son dados a través del mensaje de navegación. Error residual estimado: 10 nanosegundos  3 m en la seudodistancia Errores Atmosféricos: Cuando las señales atraviesan la atmósfera, la interacción entre el campo electromagnético y los electrones libres, los átomos neutros y moléculas modifica tanto la velocidad como la dirección de propagación. Error de Medición: Es error intrínseco de cualquier error de medición electrónica y depende de la calidad del receptor. Disponibilidad Selectiva: Consiste en la degradación de las efemérides transmitidas y en el reloj del satélite. Precisión de 100 m en coordenadas horizontales durante el 95% del tiempo UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012 REFERENCIAS [1]. Funcionamiento del GPS [On line]. <http://www.taringa.net/posts/info/ 879332/Funcionamiento-del-G_P_S_.html>, [13 de Mayo de 2012] [2]. Satélites GPS: fundamentos y aplicaciones [On line]. <http:// concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material121/unidad3/sat_gps.htm>, [20 de Mayo de 2012] [3]. Vázquez, A.: "La agricultura de precisión se extiende en Cuba." El Habanero, (7 de septiembre 2004), [4]. Gil, E., Situación actual y posibilidades de la Agricultura de Precisión, Escuela Superior de Agricultura de Barcelona, 18 de febrero 2002. [5]. Sistemas de posicionamiento global [23 de Mayo de 2012] http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/lnova/Archivos/FORMATO-PDF/CAPITULO-10.pdf UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA II - 2012