Las tormentas solares pueden dificultar los estudios de construcción basados en GPS. ¿Cuál es la solución?

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Una obra en construcción de la ciudad con una grúa torre amarilla frente a un cielo nocturno claro con una exhibición de auroras boreales verdes. Generado con Adobe Firefly

Cualquiera que haya tenido la suerte de presenciar un espectáculo espectacular de auroras boreales a principios de este año sabrá que la actividad solar está en aumento.

La actividad solar se produce en ciclos de 11 años y, actualmente, nos estamos acercando al pico del Ciclo Solar 25. Esto significa más manchas solares, áreas de intensa actividad magnética que producen erupciones solares y eyecciones de masa coronal (grandes expulsiones de plasma y campo magnético del sol). Por ello, muchas partes del mundo que no estaban acostumbradas a las auroras boreales de repente están siendo obsequiadas con coloridas manifestaciones del fenómeno.

¿Qué tiene que ver todo esto con la construcción? Lamentablemente, el clima solar tormentoso también puede causar estragos en los equipos de topografía que utilizan señales GNSS (sistemas globales de navegación por satélite).

“Esto tiende a dañar el rendimiento del GPS, incluido el RTK (posicionamiento cinemático en tiempo real) para aplicaciones de construcción y topografía�, afirma Stuart Riley, vicepresidente de tecnología GNSS en Trimble, la empresa de tecnología con sede en Estados Unidos.

Cuando el plasma del Sol llega a la ionosfera, generalmente sigue las líneas del campo magnético en los polos Norte y Sur, dice Riley.

Normalmente, la actividad solar tiende a afectar realmente sólo a los confines más septentrionales, pero cuando es intensa, como en la actualidad, los problemas pueden extenderse a América del Norte, el Reino Unido y Europa.

A medida que se libera más plasma del Sol, éste llega a la ionosfera de la Tierra y puede provocar retrasos en las señales GNSS, así como una rápida atenuación.

La última gran tormenta, en mayo, causada por partículas emitidas por una enorme mancha solar, fue la más intensa desde 2003. “Vimos un impacto significativo en el norte de Canadá y en latitudes más septentrionales, pero también en todo Estados Unidos e incluso en el área de la Bahía, lo que es extremadamente raro�, dice Riley.

Un receptor GNSS modular Trimble R750. Un receptor GNSS modular Trimble R750. (Imagen: Trimble)

“Definitivamente vimos algunos problemas en Escandinavia y los países nórdicos y vimos actividad en Europa, pero no fue tan malo allí, aunque hubo algunas auroras dramáticas.

“La última vez tuvimos suerte porque empezó al final de la jornada de un viernes en el Reino Unido y la mayor parte de la actividad había terminado el lunes. Si hubiera sido durante el horario laboral a mitad de semana, habría sido mucho más perjudicial para las operaciones�.

El mayor desafío es la degradación de la señal que afecta la capacidad de detectar la posición del equipo, dice Riley. “Puede haber problemas de seguimiento en los que la señal se atenúa hasta el punto de que no se puede rastrear durante breves períodos de tiempo. Esto no sucedió mucho en las tormentas recientes�, explica.

“El otro efecto es que la medición de la distancia al satélite puede resultar errónea. En el caso del RTK, tenemos la base y el explorador, y hacemos muchas suposiciones sobre la correlación de las mediciones. Cuando se producen estas altas actividades ionosféricas, se empieza a observar cierta descorrelación de las fuentes de error de la base y el explorador�.

Desde el punto de vista de un trabajador de la construcción o de un topógrafo, eso significa que las mediciones de altura o la posición horizontal pueden comenzar a cambiar, lo que potencialmente hace que las mediciones sean menos precisas.

“Puede ser extremo, hasta el punto de no poder hacer más RTK, aunque sea solo por breves períodos�, dice Riley.

¿Cual es la solución?

Riley afirma que este no es el primer ciclo solar que se produce en la era RTK. La tecnología RTK se ha estado desarrollando desde los años 90 y los algoritmos y el hardware han ido mejorando gradualmente con el tiempo, lo que significa que los nuevos sistemas funcionan mejor que los antiguos.

Sin embargo, eso no significa que los nuevos sistemas sean inmunes. “Los distintos fabricantes reaccionarán a estos problemas de distintas maneras, pero, en general, una posible degradación de la posición es un problema de productividad para los trabajadores de la construcción�, afirma Riley.

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Y como resultado, ya se ha estado trabajando durante algún tiempo para mantener las interrupciones al mínimo a medida que alcanzamos el máximo solar (el mayor período de actividad solar en el ciclo), que se espera que ocurra entre fines de 2024 y principios de 2026, según el Centro de Predicción del Clima Espacial (SWPC) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) de Estados Unidos.

“Hace unos tres años, sabíamos que el ciclo iba a intensificarse. Es muy predecible�, afirma Riley.

“Sabemos que históricamente hemos empezado a detectar problemas dos o tres años antes del pico y que estos han continuado durante dos o tres años después. Por lo tanto, durante un máximo de seis años en un ciclo de 11 años, solemos tener problemas menores. Por lo general, es en lugares más extremos, muy al norte, donde empezamos a verlos primero. Luego hay algunos problemas únicos en las regiones ecuatoriales, como Brasil, que son indicadores tempranos de actividad�.

Fotografía de retrato de Stuart Riley de Trimble Stuart Riley

Riley y sus colegas de Trimble comenzaron a recopilar una gran cantidad de datos hace unos tres años, desplegando equipos en varios lugares del mundo y utilizando datos de la red RTX de la empresa, que cuenta con estaciones en todo el mundo. También utilizaron una sofisticada grabación por radiofrecuencia (RF) para registrar tormentas y llevarlas al laboratorio para estudiarlas y encontrar formas de proteger las señales.

“Si podemos grabar una tormenta, podemos llevarla al laboratorio y reproducirla una y otra vez y ajustar los algoritmos a un nivel muy bajo. Eso es algo que no teníamos disponible la última vez�.

El resultado de toda esta recopilación de datos y de toda esta manipulación de algoritmos ha sido un nuevo producto llamado , que se lanzó a finales del año pasado y se puso a disposición de todos los usuarios de los servicios de asistencia de Trimble como una actualización gratuita. “Supervisa las mediciones satélite por satélite e intenta estimar tres parámetros diferentes relacionados con la ionosfera�, explica Riley.

“A partir de ahí, podemos ajustar el motor de posición en función de lo que determinemos a partir de estos parámetros por satélite. A menudo, descubriremos que las tormentas solares no necesariamente iluminan todo el cielo, pero habrá zonas del cielo que se verán afectadas. Habrá algunos satélites que se verán muy afectados, otros leves y otros que no lo estarán en absoluto. Al estimar lo que sucede por satélite, podemos configurar de forma más óptima el motor de posición y, a continuación, obtener una mejor estimación de la posición�.

Cuando la actividad solar se vuelve particularmente fuerte, el sistema que Trimble ha diseñado entra en acción y compensa las áreas que se han visto gravemente afectadas para mantener las mediciones más precisas.

“Lo que descubrimos es que durante los períodos benignos de tiempo, estos detectores no se activan, pero durante las tormentas solares, comienzan a activarse y comenzamos a ajustar el motor y empezamos a ver una mejora bastante sustancial cuando eso sucede�, dice Riley.

IonoGuard funcionó “realmente bien� durante la última tormenta, afirma, y para demostrarlo de un lugar en Canadá donde anteriormente hubo problemas importantes con RTK.

Aunque no se considera un experto en el tema, Riley espera que se produzcan más tormentas. “Sin duda podemos esperar más tormentas. ¿Podrían ser de la magnitud que vimos recientemente? Posiblemente. Podrían ser mayores, podrían ser menores; no es algo predecible. Potencialmente, la próxima vez podría afectar las operaciones en un área geográfica diferente. Puede que no sea América del Norte, podría ser Europa o algún otro lugar.

Consejos para futuras tormentas

Cuando se trata de prepararse para los efectos de futuras tormentas solares, el primer consejo de Riley para los usuarios de la tecnología de Trimble es asegurarse de que estén usando el firmware más reciente y que IonoGuard esté habilitado.

En términos más generales, añade: “Desde una perspectiva RTK, si históricamente se ha estado ampliando la longitud de referencia, entonces hay que reconsiderarlo. Si se estaba logrando una separación entre la base y el explorador que es realmente larga en condiciones benignas, entonces hay que considerar si sería práctico reducirla. Dependerá de la operación. Algunas obras de construcción están a solo unos cientos de metros o kilómetros. Algunas operaciones pueden llegar a las decenas de kilómetros. Por lo tanto, hay que revisar ese tipo de cosas y la tecnología que se está utilizando para asegurarse de tener habilitadas todas las funciones que se necesitan�.

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