Recuerdo cuando era joven universitario estudiante de biología, por allá de finales de los años 90s. Para un proyecto ocupamos saber la posición exacta en un mapa, y por suerte el proyecto tenía un GPS. Digo por suerte, pues un GPS en esa época podía costar unos $10k, y eran considerablemente más grandes, pesados y poco prácticos.

Hoy en día GPS cuesta considerablemente menos, y es un término con el cual todos y todas estamos familiarizados, pues nuestros teléfonos cuentan con uno, y conocemos nuestra posición exacta en todo momento, usándola principalmente para navegar (con waze). Pocos saben como funciona, así que acá va una explicación sencilla (creo).

GPS viene de las siglas Global Positioning System. Es un sistema de satélites que proveen un servicio de posicionamiento.  Un receptor de GPS, como los que tiene un teléfono, recibe una señal que identifica a los satélites y conoce su órbita exacta, esta información es entonces utilizada para calcular nuestra posición.  En realidad  la lógica detrás de ese cálculo es bastante directa y ya la utilizamos hace muchos siglos.

El principio de saber donde estamos posicionados en un mapa, parte de la idea de que si conocemos puntos de referencia exactos, podríamos calcular nuestra posición basado en ese punto de referencia.  Así por ejemplo, las direcciones en Costa Rica (antes del GPS), se daban mediante puntos de referencia conocidos, y  movimientos a partir de ese punto de referencia.  De cierto modo el GPS es un sistema de coordenadas “a la tica” pero con puntos de referencia exactos dados por un satélite.

Supongamos que está lloviendo con rayería y vemos por la ventana. Muchos de ustedes sabrán el “truco” de contar cuántos segundos transcurren entre que vi el rayo y cuando de hecho lo escucho.  Cuento de manera exacta cuantos segundos han transcurrido desde el resplandor, y conociendo la velocidad del sonido, puedo calcular la distancia a la cual cayó el rayo. La idea de fondo del GPS es exactamente la misma, una señal de reloj que se envía, pero que llega tarde, comparo cuanto tarde llegó y conociendo que la señal viaja a la velocidad de la luz, con eso puedo calcular la distancia exacta de mi teléfono a un satélite.

Ahora bien, ocupamos más de un satélite para poder conocer nuestra posición exacta.  Cuando recibimos la señal de solamente un satélite, entonces tendríamos:

Con un satélite solamente sabemos dónde está ese satélite y a qué distancia estamos de él, pero podríamos estar en cualquier punto alrededor del satélite. Un satélite no es suficiente para detectar nuestra posición, necesitamos más. Ahora recibimos la señal de un segundo satélite:

Noten como ya con un segundo satélite, y pudiendo calcular la distancia de nuestro teléfono a cada uno de ellos, ahora estamos seguros de nuestra posición con solamente dos posibilidades. Pero esto tampoco es suficiente.  Ahora detectamos un tercero, y tenemos lo siguiente:

 

Ya con tres satélites podemos calcular exactamente donde estamos.  El método para calcularlo se conoce como trilateración, esta metodología permite matemáticamente calcular la posición relativa de objetos utilizando únicamente geometría de triángulos.  En principio es el punto donde los tres círculos se unen. Les preparé esta simulación para que vean como funciona con satélites en movimiento,

GPS Location: Abrir aplicación

Si revisan el código encontrarán las fórmulas para hacer la trilateración.  En la simulación la posición del teléfono es calculada relativa a las posiciones de los satélites simulados. Allí pueden mover el teléfono con el mouse para ver como funciona cuando nuestro teléfono está en movimiento.

Para poder además calcular la altitud a la que nos encontramos, se ocuparía la lectura de un cuarto satélite, y mientras más satélites se puedan detectar, mejor será el cálculo de la posición.

Ahora también sabemos bien, y lo hemos experimentado, que ciertas estructuras físicas impiden detectar la señal de los satélites, así que muchas veces,  en los teléfonos móviles, el posicionamiento es además ajustado usando el mismo procedimiento, pero apoyado a las señal de las torres de celular, dando alguna lectura incluso mejor. 

También hay que entender que este sistema tiene unos metros de error, y supongo que muchos se han dado cuenta, usando waze o google, que cuando se pasan de alguna intersección, la App no detecta que vamos por el otro camino hasta algún tiempo después, esto se debe a ese error.

El GPS definitivamente ha cambiado nuestra sociedad, y en este momento todos y todas, tenemos casi que un registro completo de nuestros movimientos, esto tiene sus ventajas, pero también nos arrebata de alguna manera algo, pero eso es tema de discusión de otro día.

Director de la Escuela de Sistemas InteligentesDr. Tomás de Camino Beck,

Director de la Escuela de Sistemas Inteligentes

Universidad Cenfotec