Resumen título: diseñO, análisis e implementación de un prototipo de herramienta de software orientada a geolocalización y seguimiento por eventos de terminales móviles




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GOOGLE MAPS


Google Maps (llamado durante un tiempo Google Local) es básicamente una tecnología y servicio de mapeo web ofrecido por Google, de forma gratuita, que puede ejecutar diversas prestaciones basadas en mapeo, las cuales incluyen el sitio web de Google Maps, Google Ride Finder, Google Transit, y mapas insertados en otros sitios webs mediante la API de Google Maps. Ofrece mapas de vías y planeadores de rutas para viajes en vehículos privados, transporte público o caminatas, así como localización de negocios en las ciudades para numerosos países. De acuerdo con uno de sus creadores (Lars Rasmussen) Google Maps es “una manera de organizar la información geográfica del mundo”.

Google Maps usa la proyección de Mercator, por lo que no puede mostrar las áreas alrededor de los polos. Un producto relacionado con Google Maps es Google Earth, un programa independiente que puede ejecutarse en Microsoft Windows, Mac OS X, Linux, SymbianOS, y iPhone OS y que ofrece mayores prestaciones de vistas satelitales alrededor del globo, incluyendo aquellas que muestran las regiones polares.
      1. Implementación


Como muchas otras aplicaciones web, Google Maps utiliza JavaScript de modo extensivo. Como el usuario se desplaza sobre el mapa, las secciones de la cuadrícula que deben mostrarse son descargadas del servidor e insertadas en la página web. Cuando un usuario busca negocios, los resultados son descargados e insertados en el panel lateral y en el mapa, así, la página no debe recargarse. Las posiciones son dibujadas de modo dinámico al localizarlas con un dibujo correspondiente a un alfiler rojo encima de la imagen.

El sitio utiliza JSON en vez de XML para transmitir datos, por razones de eficiencia. Esta técnica corresponde con el espectro de la metodología Ajax.
      1. Posibilidades de expansión y personalización


Usando el motor principal y las imágenes de mapas y fotografías satelitales alojadas en Google, muchas herramientas pueden introducir marcadores personalizados de localización, sistemas de coordenadas y metadatos, e incluso personalizar imágenes de mapas dentro de la interfaz de Google Maps. La herramienta de inserción de scripts Greasemonkey ofrece un gran número de scritps para personalizar información de Google Maps por parte de los usuarios.

Sitios webs que permiten compartir fotos, como Flickr, se combinan con Google Maps para conectar fotos con su información geográfica y localizarlas gráficamente.
      1. API de Google Maps


Google creó la API de Google Maps para permitir a los desarrolladores integrar esta herramienta en sus sitios web, y utilizar en ella su propia información de localización. Este es un servicio libre y comúnmente no contiene publicidad, sin embargo, en los Términos de Uso Google se reserva el derecho de colocarla.

Usando la API de Google Maps es posible introducir completamente el sitio web dentro de un sitio web externo. Para esto, los desarrolladores deben solicitar una llave API, la cual está ligada a la URL del sitio web. La llave API de Google Maps no es solicitada para la versión 3 de la API. Para crear una interfaz personalizada que muestre los mapas es necesario utilizar en la página el código JavaScript de Google, así como usar JavaScript para crear funciones y añadir puntos al mapa.

Google Maps promueve activamente el uso comercial de su API. Algunos de sus primeros usuarios a gran escala son los sitios dedicados al comercio y búsqueda de finca raíz.
    1. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)

      1. INTRODUCCION


El Global Positioning System (GPS) o Sistema de Posicionamiento Global (más conocido con las siglas GPS, aunque su nombre correcto es NAVSTAR-GPS) es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) desarrollado por el departamento de defensa de los Estados Unidos de América, el cual permite a un dispositivo electrónico provisto de un receptor GPS determinar su posición al suministrarle información que le hace posible calcular sus coordenadas geográficas.

El GPS funciona mediante una red de 27 satélites (24 operativos y 3 de respaldo) en órbita sobre el globo, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra ubicando 4 satélites sobre cada uno de los 6 planos orbitales. Debido a esta organización se pueden apreciar de 4 a 10 satélites GPS desde cualquier punto de la tierra 2.

Un receptor GPS determina su posición al calcular los tiempos de llegada de las señales enviadas por los satélites GPS. Cada satélite envía un mensaje que contiene:

  • La hora exacta en que el mensaje fue enviado.

  • Información Orbital del satélite (sus Efemérides).

  • El estado del sistema en general y una medida aproximada de cada una de las órbitas de los satélites GPS. El conjunto de estas medidas es conocido como ‘el almanaque’.

El receptor utiliza la información del mensaje para determinar su tiempo de transmisión, de esta forma calcula la distancia que existe entre cada satélite y el receptor. Estas distancias y la ubicación de cada satélite en el espacio hacen posible la trilateración para calcular la posición del receptor en términos de longitud, latitud y altitud.

En teoría tres satélites son suficientes para determinar la posición del receptor GPS, pero un error pequeño en la sincronización de los tiempos, multiplicado por la velocidad con que viajan las señales de los satélites (que es la velocidad de la luz) podría resultar en un error muy grande para el sistema. Para evitarlo, el receptor GPS utiliza 4 satélites, o más donde sea posible, para efectuar una medición mucho más precisa.
      1. FUNCIONAMIENTO


  1. La posición de los satélites es trasmitida en el mensaje con base en las efemérides. La colección de efemérides de toda la constelación de satélites GPS se completa cada 12 minutos y se guarda en el receptor GPS.

  2. El receptor GPS mide su distancia respecto de cada satélite y usa esa información para calcular su posición. El cálculo se hace determinando el tiempo en que la señal tarda en llegar al receptor. Conocido ese tiempo y asumiendo que la señal viaja a la velocidad de la luz (salvo algunas correcciones que se aplican), se puede calcular la distancia entre el receptor y el satélite.

  3. Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie de la esfera, con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor

  4. Obteniendo información de dos satélites se nos indica que el receptor se encuentra sobre la circunferencia que resulta cuando se intersectan las dos esferas.

file:sphere-intersect.svg

Figura . Volumen resultante de la intersección de dos esferas.

  1. Al realizar los cálculos de un tercer satélite e intersectar su esfera con la intersección resultante de las 2 primeras señales, el resultado arroja 2 puntos. Uno de ellos se puede descartar porque ofrece una posición absurda fuera del globo terráqueo, y el otro corresponde a la ubicación del receptor GPS. De esta manera se obtiene la posición en las 3 coordenadas espaciales. Sin embargo, dado que el reloj que incorporan los receptores GPS no está sincronizado con los relojes atómicos de los satélites GPS, los dos puntos determinados no son precisos.

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Figura . Intersección de una esfera y un círculo.

  1. Con la información de un cuarto satélite se elimina el error proveniente de la falta de sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición en términos de latitud, longitud y altitud con un alto grado de precisión.
      1. COMPONENTES DEL SISTEMA GPS

        1. Componente Espacial


El componente espacial está formado por los satélites que están sobre los planos orbitales. Estos planos están centrados sobre el Ecuador, cada satélite orbita aproximadamente a 26,600 Km de altura y realiza 2 orbitas completas cada día sideral (aprox: 23 horas, 56 minutos y 4.091 segundos). Cada satélite tiene un tiempo promedio de vida de 7.5 años.
        1. Componente de Control


El componente de control lo conforman:

  • Una Estación de Control Maestro (MCS)

  • Una Estación de Control de Respaldo

  • 4 Antenas terrestres dedicadas.

  • 6 Estaciones de monitoreo.

Toda esta infraestructura de control esta diseñada para mantener registro de las actividades de los satélites en órbita, sincronizar los relojes atómicos a bordo de cada uno de los satélites y ajustar las efemérides de los satélites para corresponder a su programación de órbita. Al efectuar correcciones en la órbita de un satélite, las señales que este envía a los receptores no son adecuadas para los cálculos de posición, por ello, desde tierra, el satélite cambia su estado (el estado que trasmite a los receptores GPS) como “unhealthy” lo cual informa a los receptores GPS que no deben usarlo para sus cálculos.
        1. Componente de Usuario


A este componente pertenecen los usuarios del sistema GPS, que incluyen industria militar, investigación científica, el mundo comercial y civil, entre otros. Los receptores GPS que los usuarios tienen en sus dispositivos habitualmente están provistos de antenas ajustadas para la frecuencia específica en la que trasmiten los satélites GPS. Para uso comercial, los fabricantes de componentes electrónicos han provisto a la industria diversos receptores GPS de pequeño tamaño y bajo consumo, ideales para tener dispositivos de mano con acceso al sistema GPS.

Adicionalmente, dispositivos con receptores GPS y tecnologías inalámbricas de conexión han sido difundidos para ser usados con equipos no provistos con receptores, como celulares, cámaras digitales, asistentes personales (PDAs) entre otros. Tal es el caso de los receptores de GPS dotados con conexión Bluetooth.
      1. APLICACIONES



        1. Civiles 


  • Navegación terrestre vehicular (y peatonal), marítima y aérea. Bastantes automóviles lo incorporan en la actualidad, siendo de especial utilidad para encontrar direcciones o indicar la posición a la grúa.

  • Teléfonos móviles.

  • Topografía y geodesia.

  • Localización agrícola (agricultura de precisión), ganadera y de fauna.

  • Salvamento y rescate.

  • Deporte, acampada y ocio.

  • Para localización de enfermos, discapacitados y menores.

  • Aplicaciones científicas en trabajos de campo.

  • Se utiliza para rastreo y recuperación de vehículos.

  • Sistemas de gestión y seguridad de flotas
        1. Militares


  • Navegación terrestre, aérea y marítima.

  • Guiado de misiles y proyectiles de diverso tipo.

  • Búsqueda y rescate.

  • Reconocimiento y cartografía.

  • Detección de detonaciones nucleares.
      1. GPS ASISTIDO (A-GPS)


El GPS Asistido es un servicio que provee una mejora sobre el funcionamiento estándar del sistema GPS usando un canal de comunicación alternativo al que el receptor GPS normalmente usaría, es decir, las señales captadas por la antena conectada al receptor. Este servicio no evita que el receptor GPS reciba y procese las señales de los satélites, sino que facilita la tarea y minimiza la cantidad de tiempo e información requerida para el correcto funcionamiento, aun con intensidades de señal muy bajas.

Para calcular la posición, un receptor GPS debe primero encontrar, identificar y adquirir las señales de cada uno de los satélites y decodificar la información que viene en ellas. Cada satélite GPS trasmite en diferente frecuencia. Debido a la velocidad de movimiento de los satélites se experimenta el ‘efecto doppler’, el cual induce márgenes de error de las señales. Debido al escaneo de frecuencias que debe hacer el receptor para poder identificar las señales que vienen de cada satélite, sumado a múltiples ensayos que el receptor hace para poder asegurar la posición de los satélites antes de poder calcular la suya propia, se produce un retardo en el inicio de operación normal del receptor GPS conocido como ‘calentamiento’. Este proceso puede tardar entre 1 y 10 minutos dependiendo de las condiciones de señal, movimiento y otros factores que afectan el proceso.

El servicio A-GPS provee al receptor GPS la información de señal satelital que este requiere para caclular su posición, entre esta, las frecuencias en que están trasmitiendo actualmente los satélites, las efemérides de estos, etc. Con esta información previamente calculada, el ‘calentamiento’ pasa a ser un proceso de milisegundos, en lugar de minutos. El conocer la frecuencia exacta a la que está trasmitiendo el satélite permite maximizar la potencia de trasmisión de las señales y lograr que, aún con poca intensidad de señal, sea posible para el receptor GPS calcular su posición de forma correcta.3

Existen diversos métodos por los cuales el servicio A-GPS obtiene la información necesaria para su funcionamiento, podemos entonces clasificarlos como:

  • Métodos Online: El A-GPS utiliza una conexión directa a un servidor localizado en una red de información en la que se encuentra vinculado, este servidor otorga a petición del dispositivo la información de los satélites. La tendencia en este tipo de métodos es tener un servidor colocado en internet para tal fin, y acceder a internet a través, ya sea de las difundidas redes celulares (GPRS), o conexiones Wi-fi o Bluethooth que provean acceso a internet. Normalmente, debido a la topología estática de la red a la que está vinculado el dispositivo, es posible tener una referencia cercana de la posición del dispositivo y conocer entonces cuales satélites están visibles desde esa ubicación. Un ejemplo común, es en las redes celulares, conocer la posición de la estación base (antena) que está dado el servicio de telefonía al dispositivo; esta información se envía al servidor A-GPS y este calcula qué satélites están disponibles para esa ubicación.

  • Métodos Off-Line: El mecanismo usado por estos métodos se basa en obtener, cuando sea posible, la información de un servidor y almacenarla localmente dentro de la memoria del dispositivo para cuando el servicio de GPS del dispositivo sea solicitado, poder brindarle la información para que el proceso sea asistido (A-GPS). Esta información tiene un tiempo de vida válido, pues los datos se vuelven obsoletos con el tiempo.

Algunos dispositivos avanzados utilizan ambos métodos dependiendo del estado de conexión con el servidor.
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