Font de la imatge: Wikimedia Commons. Concepció d’artista, disposada per la NASA.

Si Claudi Ptolomeu, el notable astrònom i geògraf greco-egipci del s. II dC, autor entre d’altres obres de l’Almagest i de la Geografia, o Jehudà Cresques, el gran cartògraf jueu d’origen mallorquí, autor del famós Atles Català de 1375, aixequessin el cap, no creurien el que veurien: Qualsevol persona que tingui un mòbil a les mans té al seu abast la consulta dels mapes i planells dels països i poblacions de tot el món. 

I això és així gràcies a un dels esforços científics i tècnics  més notables realitzats en el nostre temps: El desenvolupament de les tècniques de geolocalització i del GPS, el primer sistema d’aquest tipus que va funcionar, desenvolupat pel Departament de Defensa dels Estats Units, basat en la utilització de satèl·lits, i recolzat per diversos sistemes d’ajut tècnic complementari disposats a terra. 

El primer satèl·lit artificial, Sputnik 1, el va llançar la Unió Soviètica l’octubre de 1957, va causar gran commoció i va iniciar la cursa de l’espai. La URRS també va situar el primer home a l’espai, Yuri Gagarin, el 1961. Els Estats Units van llançar el seu primer satèl·lit, l’Explorer I, el gener de 1958, i van situar els primers homes a la lluna el juliol de 1969.  

Els satèl·lits van donar lloc a molts àmbits d’utilització nous: En l’àmbit científic permeten avançar en el coneixement de l’espai, o de la pròpia terra i també és força important, entre d’altres,  el seu ús com a suport a les comunicacions. En aquesta entrada presentarem la seva utilització en l’àmbit de la geolocalització. 

Geolocalitzar significa facilitar la informació – coordenades – de la localització d’un punt. Per fer-ho, es disposa un conjunt – “constel·lació” – de satèl·lits que proporcionen de forma conjunta aquest servei, i que permeten que en tot punt de la terra n’hi hagi uns quants de visibles en tot moment.   

El primer sistema de satèl·lits que va existir i que va establir i implementar aquests conceptes va ser el GPS. La decisió de desenvolupar el GPS la va prendre el Departament de Defensa d’Estats Units el 1973, amb l’objectiu de millorar el sistema precedent, TRANSIT, d’abast i possibilitats més restringides.  El sistema GPS, està composat per 32 satèl·lits (31 operatius) d’òrbita baixa, aproximadament a 20.200 Km d’alçada, per permetre-hi l’accés amb antenes petites. Els satèl·lits emeten de forma continuada la seva posició i el temps en què l’ha emès. Aquesta emissió es fa mitjançant un senyal dèbil d’1 GHz, i s’utilitza multiplexació CDMA. Els satèl·lits donen una volta a la terra cada aproximadament 12 hores, utilitzen panells solars i bateries de Níquel – Cadmi, i tenen una vida útil de 7 anys i mig. 

L’usuari que rep aquest senyal es connecta a uns quants satèl·lits alhora, com a mínim 4. Com sap quan el satèl·lit ha emès la seva posició, sap quan ha trigat a arribar el senyal,  que viatja a la velocitat de la llum,  i pot calcular la distància al satèl·lit. L’usuari es troba en una esfera de centre la posició tramesa pel satèl·lit i radi la distància calculada. Si fa aquest càlcul amb uns quants satèl·lits, la intersecció de les corresponents esferes proporciona la posició cercada. 

Càlcul de la posició per intersecció d’esferes

Per tal d’assolir l’exactitud precisada, les informacions del temps i posició han de ser molt exactes. Per disposar d’un valor del temps molt exacte, els satèl·lits disposen de rellotges atòmics molt precisos. Com els usuaris no poden disposar de rellotges tan precisos i tan cars, ho compensen accedint a més satèl·lits, corregint així el valor del temps del seu propi rellotge. 

Pel que fa a la posició proporcionada pel satèl·lit, s’obté de càlculs orbitals, que són contínuament corregits i actualitzats des de terra mitjançant infraestructures de suport que fan el seguiment i manteniment dels satèl·lits. 

Les infraestructures de suport que fan el suport i seguiment des de terra dels satèl·lits ajuden també a millorar-ne la precisió mitjançant tècniques augmentatives i diferencials. Això es fa comparant les dades que proporciona el satèl·lit amb les dades de localitzacions perfectament conegudes de terra i corregint eventuals imprecisions. 

L’origen militar del GPS és la causa d’una de les decisions clau del seu disseny: L’usuari no emet cap senyal cap el satèl·lit, sinó que calcula la seva pròpia posició a partir de les dades rebudes de diversos satèl·lits. Això es va fer així perquè l’usuari no descobrís la seva posició a eventuals enemics, i va fer, en la pràctica, que el GPS i la geolocalització fossin més oberts i econòmics. En d’altres tipus d’utilització, com la teledetecció, sí que s’emeten dades des de terra cap el satèl·lit. 

Per desenvolupar el GPS es van haver d’afrontar problemes científics i tècnics complexos, com tenir en compte la teoria de la relativitat, que a la velocitat de la llum i a les distàncies considerades és rellevant per obtenir les precisions adequades o compensar la influència que la ionosfera o d’altres agents poden tenir sobre la transmissió del senyal. La complexitat d’aquests problemes va fer que es precisessin nombroses proves. Així, entre 1978 i 1985 es van llançar 11 satèl·lits prototip, i es va assolir una capacitat operacional inicial el 1993, i una capacitat operacional total el 1995. Van ser necessaris més de 20 anys i inversions molt importants per assolir un nivell adequat de funcionament. 

Al començament el GPS estava restringit a l’ús militar, però Reagan el va obrir el 1994 a l’ús civil, especialment al de l’aviació, quan un avió coreà va envair per error territori de la URSS i va ser abatut.  Durant uns anys el senyal del GPS per a usos civils era degradat i més dèbil, però l’any 2000 el president Clinton, per raons econòmiques associades a la seva utilitat, va fer eliminar la degradació del senyal per a usos civils per tal que el GPS tingués la mateixa efectivitat per a tots els usos, tan civils com militars, i progressés de forma important la seva precisió i utilització. 

Pel que fa a nivells de precisió, en l’estat de l’art actual la precisió original d’un sistema GPS és d’uns 3 metres, però amb els sistemes augmentatius i diferencials de precisió que es faciliten des de terra, aquesta precisió millora significativament i arriba a uns 30 cm. 

En paral·lel han sorgit d’altres sistemes. La URSS va posar en funcionament el GLONASS el 1996, la Xina el Beidou el 2000 i la Unió Europea el Galileu, sota un projecte que dirigeix l’enginyer català Xavier Benedicto, que es va posar en funcionament amb una capacitat inicial el desembre de 2016 i està previst que assoleixi la seva capacitat definitiva, amb 27 satèl·lits operacionals i 3 de recanvi el 2019. 

El progrés de l’electrònica, amb l’increment de potència i disminució de cost dels circuits integrats, ha provocat que els receptors siguin cada vegada més lleugers i econòmics. Empreses especialitzades hi han contribuït significativament. Durant uns anys, l’empresa Garmin va assolir el lideratge en aquest àmbit. Més endavant, Google, amb l’adquisició d’empreses especialitzades com Keyhole Waze, ha integrat la geolocalització en el món de les comunicacions mòbils amb programes com Google Earth o Google Maps que han esdevingut líders en aquest àmbit. 

Ens trobem davant d’una tecnologia que ha estat molt laboriosa de desenvolupar, però que un cop operativa proporciona un servei molt útil i de gran precisió. La geolocalització ja no és tan sols una aplicació en si mateixa, sinó que s’ha integrat amb d’altres camps com la informació temàtica, el joc, la conducció automàtica i molts altres, tan civils com militars. Precisament per això, és alhora una tecnologia que pot envair la nostra privacitat i intimitat, ja que els dispositius mòbils poden conèixer i enregistrar la nostra localització, i, per tant, la recollida,  utilització i cessió de les nostres  dades ha de ser estrictament la que haguem autoritzat.  

 


Per saber-ne més : 

Vídeo “La mesura de la terra“. Documental produït per Docu.net per a l’Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya, sobre la història del mesurament de la Terra: des de les primeres representacions de l’Antiguitat, quan el món era profundament misteriós, fins a l’actualitat, quan la cartografia ha quedat incorporada a la vida quotidiana. Us permetrà repassar la història de la cartografia i situar la geolocalització com un dels darrers passos d’un llarg camí. 

Vídeo “Los sistemas de posicionamiento global por satélite (GPS)“, del professor Jesús Tomás, de la Universitat Politècnica de València (UPV). Aquest vídeo, conjuntament amb d’altres de la mateixa col·lecció produïts per la UPV permeten aprofundir sobre els aspectes tècnics del GPS i la geolocalització. 

Vídeo “GPS. Una guerra global“, coproducció franco-xinesa, que en el seu moment va ser emès per rtve a documentos tv. Inclou una història del desenvolupament del sistema GPS, amb un tractament més global i menys específicament tècnic.  

Article Global Positioning System, disposat a la wikipedia, versió anglesa. Exposició força completa i documentada del sistema i projecte GPS.