Sistemas de guiado y autoguiado por palpadores mecánicos,
por guiado óptico y por GPS-GNSS

SISTEMAS DE GUIADO GPS-GNSS
EL FUTURO YA ESTÁ AQUÍ

La denominada “Agricultura de Precisión” abarca una gran cantidad de operaciones dentro del trabajo en el campo orientadas a lograr más productividad con menos recursos y a facilitar el trabajo del agricultor. Poco a poco iremos desgranando algunas de estas tecnologías. Para empezar, queremos ofrecer este artículo en el que se analizan los diferentes sistemas de guiado, sus aplicaciones y su precisión.

Desde que el ser humano realiza actividades agrarias, hace casi 10.000 años, siempre ha empleado métodos de lo más diversos para marcar las tierras y fincas, a modo de guiarse en el centro de las mismas, siguiendo trayectorias, en su mayor parte, rectilíneas. De este modo, se usaban “mojones” señalizadores, majanos, árboles, o cualquier elemento que indicara un rumbo rectilíneo con respecto a la perpendicular del cabecero de parcela o al ángulo que se le quisiera dar.
Con la llegada del tractor, hace más de cien años, poquísimo tiempo si hablamos dentro de esos 10.000 años, se fueron introduciendo las famosas miras en el frontal de los tractores, que con ayuda de otro elemento externo, ayudaban al “primer” surco o apertura del campo, a lo que se añadía los distintos marcadores físicos, instalados en los propios aperos, por ejemplo, en las sembradoras, o ya los más modernos “marcadores de espuma”, localizados en los pulverizadores.
Sin embargo, hace cuarenta años, ya se empezaban a instalar autoguiados mecánicos en máquinas autopropulsadas, principalmente en cosechadoras y picadoras de forraje, con la misión de seguir las hileras de maíz a través de unos palpadores: flejes metálicos, que al contacto con los tallos de estas plantas, mandaban una señal eléctrica a un módulo electrónico que a su vez convertía esa señal en otra para accionar una bomba hidráulica, con su correspondiente orbitrol y unas válvulas hidráulicas “todo o nada” dirigían el aceite hacía un cilindro hidráulico u otro para mover la dirección trasera. Con estos sistemas se conseguían verdades proezas de precisión, pudiendo alcanzar entonces entre 2 y 5 cm de desviación.

En el final de la década de los ochenta, salen al mercado los primeros guiados por láser instalados en los cortes de las cosechadoras y que seguían las existencias de material de los cultivos en densidad, lo que le diferencia del anterior sistema que necesitaba cultivos en hileras. Este guiado por láser fundamentaba su guiado en el mismo principio que el anterior, pero la sofisticación de la información recogida para proceder a mover la dirección venía de un haz de láser volcado hacia el cultivo y devolvía una imagen que medía el escalón del cultivo que se había cosechado y el que quedaba por cosechar. De esta manera, el sistema iba siguiendo ese borde hasta el infinito o hasta que hubiera un cambio brusco y repentino de pendiente, donde el sistema se terminaba perdiendo, teniendo que ayudarlo con la dirección para volver a conectar el guiado automático. Las precisiones con estos sistemas también eran bastante buenas, ya que estaríamos hablando de unos 5 a 10 cm, con el consiguiente ahorro de combustible y de pasadas, llevando casi siempre el corte lleno de mies. También como guiado óptico, existe una cámara 3D que evalúa la altura de las hileras de forraje segadas y/o hileradas y dirige a la picadora de forraje sobre ésta. Este mismo guiado óptico también se ofrece en tractores para la guía sobre surcos, caballones, hileras de plantas, etc… Ambos sistemas, mecánico y óptico, siguen vigentes en el mercado y tienen su nicho de clientes.

La revolución del GPS

En la década de los noventa, y empleando la constelación de satélites del ejército norteamericano GPS, con sus siglas “Global Positioning System”, basándose en una red de unos 24 satélites, se lanzan los primeros guiados manuales con diodos luminosos que indican la trayectoria a seguir. El número mínimo de satélites para determinar un punto estático son tres, y uno en movimiento, cuatro, dando esté último la información del tiempo de desplazamiento entre dos puntos. Pero los programas internos de los aparatos necesitan un volumen mayor de satélites para que puedan emplear lo que se denomina precisión “submétrica”, la empleada en la agricultura, ayudándose también de sistemas de corrección de esa señal GPS.

La señal de los satélites GPS posee un error que está compuesto de varios factores: el primero es el denominado “ruido de la señal” un error introducido adrede por el Gobierno Norteamericano para que otros países o grupos terroristas no puedan utilizar los propios satélites GPS para atacar con misiles balísticos, con guiado satelital, a EE.UU. Otro de los factores es la propia atmósfera, concretamente la ionosfera, que produce otro error en el envío de los paquetes de información desde los satélites a los receptores. Por último, está el error generado en la continua corrección de los satélites GPS para mantener sus órbitas y no caer en la Tierra. El error general suele ir siempre en la misma dirección, de ahí que si se consigue un sistema de referencia que anule o mitigue los errores, se tendrá la utilidad perfecta para la agricultura.
Dentro de los distintos sistemas de corrección, que ofertan las distintas marcas, se pueden encontrar los siguientes:

1.- Corrección de la señal GPS por algoritmo interno en los terminales. El mismo terminal es capaz de corregir la señal GPS dando una precisión de entre 15-30 cm, de pasada a pasada, y se suele utilizar cuando no existe otro sistema de corrección de señal. Normalmente, sólo se puede volver con la maquinaria que está trabajando por la línea contigua por la que se está yendo.
2.- Corrección de la señal GPS a través de la constelación de satélites EGNOS. En la actualidad la empresa europea ESSP, que aglutina las principales corporaciones de control civil del espacio aéreo europeo, posee dos satélites geoestacionarios que cubren toda Europa. Su misión principal es servir a la industria aeronáutica para dar una señal precisa de guiado GPS por el cielo europeo y, a su vez, dar otros usos, para este mismo fin, en la industria naval y, ahora, también en la agricultura. Su precisión es de 15-30 cm y permite hacer labores agrícolas que no requieran una precisión máxima, tales como pulverizar, abonar, trabajos de chísel-cultivador y gradeo, etc. En este caso, si el software de los terminales lo permite, se puede volver por una línea distinta a la contigua por la que se iba inicialmente. Al ser un servicio público dado por empresas con capital público de la UE, los servicios que presta no llevan coste para el usuario.
3.- Corrección de la señal GPS a través de la constelación de satélites OMNISTAR. Compuesta por 8 satélites geoestacionarios, ofrece diversos niveles de precisión según la recepción de la señal por una frecuencia (L1) con precisiones entorno a 15 cm, de pasada a pasada, ó con dos frecuencias (L1/L2), con precisiones de 5 a 10 cm de pasada a pasada. Esta constelación GPS es de capital privado, y en función de la precisión con la que se quiera trabajar, hay distintas ofertas de suscripción a estos servicios, así como del tiempo de duración de dicha suscripción. La cobertura de este servicio es mundial, teniendo cobertura máxima, con la máxima precisión, en Europa y Norteamérica.
4.- Corrección por RTK móvil. Se cambia de un sistema de referencia satelital, donde la señales GPS se referencian con otro satélite fijo, a un sistema “terrestre”. En este caso, a través de una estación de recepción de señales GPS y emisión de la posición en la que se encuentra, es capaz de guiar a la maquinaria agrícola entorno a un radio de acción de unos 2-3 km, en campo abierto, con una precisión entre 2-6 cm. Pueden trabajar estas bases con una o dos frecuencias (L1/L2) además de su frecuencia de recepción de RTK (Real Time Kinetic). La ventaja de esta corrección sobre las demás reside en que la señal de corrección “pertenece” al usuario que ha adquirido esa base, y su trabajo no depende ni de las condiciones atmosféricas, ni de servicios de corrección de GPS que utilicen tecnología GPRS. El usuario decide donde y cuando quiere trabajar y siempre dispone de su tiempo para realizar un trabajo con la máxima precisión. Además, si se hace “estación” de la base de corrección en el mismo lugar, es capaz de repetir las pasadas anteriores sin tener que corregir el sistema las líneas de referencia en los terminales, pudiéndolo emplear para tareas de tráfico controlado. También tiene la ventaja de utilizar parte del espectro radioeléctrico de uso libre, lo que hace innecesario su registro en el Ministerio de Industria.
5.- Corrección por RTK analógica. De tecnología similar a la expuesta anteriormente con las bases móviles y precisión de pasada a pasada de 2 a 3 cm, pero con la diferencia de que en este caso se trata de instalaciones fijas, que emiten con una potencia muy superior a las anteriores, y que son necesarias registrarlas en el Ministerio de Industria, concretamente en el Dirección de Telecomunicaciones, para que esta oficina autorice una potencia de emisión y una frecuencia determinada dentro del espectro de radiofrecuencias autorizadas para estos fines. Posteriormente, de deberá abonar la correspondiente tasa, que suele ser anual. De este modo, el Estado se asegura que ni esta instalación interfiere con otras señales de radio, ni otras señales de radio interfieren en la instalación de RTK analógica. Al igual que la anterior tecnología, se puede usar para tareas de tráfico controlado.
6.- Corrección por RTK Net. También ofrece precisión de pasada a pasada de 2 a 3 cm. Se fundamenta esta tecnología en estaciones fijas con receptores GNSS, algunas de ellas, con capacidad de recepción de señales tanto de satélites GPS americanos, como de la constelación de la Federación Rusa GLONASS, que explicaré más adelante. Estas antenas están conectadas a servidores electrónicos que recogen los datos que van generando. El usuario, a través de telefonía móvil, y casi siempre bajo la transmisión de datos vía GPRS, se conecta con estos servidores, bajo un usuario y contraseña y a través de los distintos protocolos de comunicación internacional abierto RTCM 2.x, 3.x. o por protocolo privado CMR/CMR+, es capaz de descargar los datos enviados por la antena con la que se ha conectado, o por la más próxima, desde el servidor al terminal de la máquina o tractor. La ventaja de este sistema, con respecto al anterior, es que se anulan los posibles problemas de interferencias de radio; la desventaja es que se depende de la red de telefonía móvil y de la cobertura de las antenas de la red RTK Net con la que se esté trabajando. Actualmente en España existen redes privadas de RTK Net, que facilitan a sus clientes un servicio en algunos territorios, bajo pago de cuota o compromiso de uso libre; y luego existen las redes de RTK Net públicas, que generalmente, pertenecen a las distintas Consejerías o Departamentos de Fomento, teniendo un primer uso en topografía y construcción, y desde unos cuatro años hasta la actualidad, también en la agricultura. Las Comunidades Autónomas con servicios de RTK Net son, como ejemplo, Navarra, Castilla y León, Extremadura, Andalucía, Murcia, Aragón, Cataluña, Castilla-La Mancha (a través del Instituto Geográfico Nacional), etc.

Los distintos modos de corrección de la señal fuente dada por GPS no sirven de nada, o pierden sus prestaciones, cuando el número de satélites que proveen la señal es bajo, por debajo de 7, y aumentan los errores en distintos niveles, según el sistema de corrección empleado. Para ello, los últimos cuatro años, se han estado introduciendo receptores en el mercado con la posibilidad de recibir la señal fuente de los satélites de la Federación Rusa. Esta constelación, también de uso militar, se denomina GLONASS y cuenta con 31 satélites. La problemática que tenemos en la Península Ibérica es que a partir de las 12:00 del mediodía, el número de satélites GPS caen por debajo de 10 y de 8, y para labores de precisión se hace necesario contar con otra señal fuente. Para ello, los receptores GPS y de GLONASS, los denominados GNSS, son capaces de aunar ambas señales para ofrecer una señal fuente de óptima calidad, permitiendo proseguir las labores agrícolas con la mayor precisión y fiabilidad.
En un futuro cercano, y según los fondos que se destinen, la UE está creando su propia constelación de satélites denominada GALILEO. Una vez que se tenga un número similar a los GPS americanos o rusos, el servicio de posicionamiento global podrá ser suministrado directamente por los satélites europeos sin necesidad de depender de otros países.