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lunes, 25 de agosto de 2014

El problema de la medición de la altitud

Los altímetros son usados a diario por muchas personas en sus salidas al campo, ya que nos proporcionan datos de mucha utilidad. Los aficionados a la meteorología los usamos con frecuencia para la medición de la altitud de la zona donde nos encontramos, algo muy útil cuando tratamos de buscar una zona óptima donde colocar nuestros sensores de temperatura.

Debido a su gran uso por muchos aficionados hoy comentaré de la forma más básica posible información sobre ellos, por si hay alguien interesado en adquirir uno.

Básicamente, los altímetros son de 3 tipos, dependiendo del sistema de medición que usen: barométricos o por presión, los radioeléctricos y por GPS. Los radioeléctricos solo se usan en distinto armamento militar como misiles, y mediante la emisión de señales radioeléctricas emitidas hacia el suelo, calculan su altura respecto a éste. Sería algo similar a la ecolocalización de los murciélagos solo que estas ondas viajan a la velocidad de la luz. Una vez recibida la onda rebotada del suelo, solo habrá que dividir por 2 y tendremos la altura en ese momento.

Pero los altímetros más interesantes para nosotros son los barométricos y los GPS.

Antes de continuar diré que si buscamos un altímetro perfecto, que mida con precisión absoluta la altura a la que estamos, no encontraremos tal aparato. Ambos cometen errores no despreciables, cada uno por distintos motivos, que a continuación explicaremos de forma comprensible.

Los altímetros basados en la presión, se basan precisamente en la variación de la presión con la altura. Conforme ascendemos, la presión disminuye, y viceversa. Son realmente un barómetro, que transforma la presión en cada momento en metros de altura. Eso mismo podemos hacerlo nosotros mismos conociendo el valor de la presión y transformarlo en metros. Pero ese trabajo nos lo ahorra el altímetro barométrico.

Como podemos ver en la tabla, a nivel del mar la presión corresponde a 1013,25 mb,

Es fácil sacar la conclusión que las mediciones siguiendo este método se verán influenciadas continuamente por los cambios de presión, que sumarán metros cuando nos encontremos en situaciones de baja presiones y los restarán en situaciones anticiclónicas. Por ejemplo una caída de 12 mb ya nos llevará un error de sobreestimación de 100 m, aunque una caída de ese calibre no se produce habitualmente en pocas horas. Esto se puede complicar hasta niveles inauditos, con complejas fórmulas más propias de física cuántica que de simples aficionados a la meteorología, y no creo necesario llegar a esos extremos.

La relación sería 1,2 mb menos por cada 100 m de ascenso. Los altímetros barométricos son los más habituales. Son baratos y tienen una importante ventaja, los aparatos de este tipo consumen poca energía, a contrario de los GPS.

Altitud
Presion
Altura en
Presion
Metros
Milibares
mm de Hg
Atmosférica
0 
1013
760 
1,000
50 
1007
756 
0,994
100 
1001
751 
0,988
150
995
747
0,982
200
989
742
0,977
250
984
738
0,971
300
978
733
0,965
350
972
729
0,959
400
966
725
0,953
450
960
720
0,948
500
955
716
0,942
550
949
712
0,936
600
943
707
0,931
650
938
703
0,925
700
932
699
0,920
750
926
695
0,914
800
921
691
0,909
850
915
686
0,903
900
910
682
0,898
950
904
678
0,892
1000
899
674
0,887
1050
893
670
0,882
1100
888
666
0,876
1150
883
662
0,871
1200
877
658
0,866
1250
872
654
0,860
1300
867
650
0,855
1350
861
646
0,850
1400
856
642
0,845
1450
851
638
0,840
1500
846
634
0,834
1550
840
630
0,829
1600
835
626
0,824
1650
830
623
0,819
1700
825
619
0,814
1750
820
615
0,809
1800
815
611
0,804
1850
810
607
0,799
1900
805
604
0,794
1950
800
600
0,789
2000
795
596
0,785





El otro tipo de altímetro del que vamos a hablar es el basado en coordenadas GPS. Cualquier Smartphone incluye GPS , y hay multitud de aplicaciones gratuitas que podemos bajar de la red para la medición de la altura. Todos sabemos que los GPS tienen márgenes de error que varían dependiendo de la cantidad de satélites a los que estemos conectados en cada momento. Yo uso un reloj GPS en mis actividades de running, y al volcar los recorridos al PC, hay errores a veces importantes en la localización y en la distancia total recorrida, sobre todo si estamos en zonas muy arboladas, dias muy nublados, entre edificios altos, o nos movemos por cárcavas, hoyas o zonas así. Al menos se necesitarán 3 satélites para situarnos en una determinada posición, pero para obtener la altura serán necesarios 4 satélites (3D), lo que no siempre es posible. Además, lo ideal es que uno de ellos esté en nuestra vertical, o lo más cercano a ella, entonces la medición será más próxima a la realidad. Pero los satélites van cambiando continuamente de posición y lo mismo ocurre con la medición.

Los errores en la localización son múltiples y sumatorios. Hay que tener en cuenta que los satélites se sitúan en la ionosfera, entre 50 y 500 km (no son geoestacionarios, como los de TV a 36000 km, están en capas más bajas) y los cambios en ésta se traducen en errores. Así podremos tener retardos troposféricos por cambios meteorológicos o retardos ionosféricos, que sumarán metros de error. A ellos habrá que sumar errores en la programación del satélite, como errores en el reloj o en el hardware. Y lo dejamos ahí para no complicar más las cosas.

Por lo tanto, se estima que el error mínimo en el plano horizontal de un GPS está entre los 25- 50 m, lo que conllevará un error en la altura. Y eso que hasta el año 2000 añadían un error intencionado de unos 100 m para los usuarios civiles por motivos de seguridad nacional (el sistema GPS es 100% yankee), denominado SA (Selected Avaibility), que fue desactivado salvo en situaciones muy concretas, con lo que la precisión desde entonces es mayor.

Después de toda esta información quizás tengamos más dudas sobre qué tipo de altímetro comprar que al principio de leer el artículo. A mí me pasó algo similar cuando profundicé un poco en el tema. 

Y llegué a la conclusión siguiente:  No me gastaré una pasta en un altímetro barométrico y es lo que he hecho. Creo que hay decentes altímetros barométricos por menos de 50 euros, que incluso tienen funciones añadidas como brújula, termómetro, etc. Hay división de opiniones respecto a cuál de los 2 sistemas es mejor, yo personalmente le veo más ventajas al barométrico. Es más exacto si conocemos la altitud del punto de partida y las condiciones meteorológicas no se prevé que cambien en las próximas horas. Yo así lo he hecho y las mediciones que he tomado han sido muy exactas (+/-5 m). Además un altímetro barométrico no nos dará problemas en cuanto a autonomía. La pila durará muchos meses. En cambio un GPS, en 4 horas te has podido comer la batería perfectamente (probad con el móvil y veréis cómo disminuye), aunque siempre podemos apoyarnos en el GPS de nuestro smartphone para hacer comprobaciones puntuales, sobre todo de posición. Si además llevamos un mapa topográfico con curvas de nivel tendríamos más que suficiente para conocer en todo momento nuestra altitud con un mínimo error. 

También los altímetros basados en GPS son bastante más caros, y algunos incluyen altímetro por presión, con lo que se puede comparar entre ambos. Garmin es una marca muy experimentada en aparatos de este tipo y encontramos una gran variedad de modelos para excursionistas, salidas de trekking, etc, con precios a partir de unos 100 euros.

Las cosas pueden cambiar en los próximos años cuando de sustituya en 2017 el sistema Global Positioning System (GPS) americano por el Galileo europeo. En teoría se tienen que lanzar 24 satélites que mejorarán la precisión respecto a la actual, y se ha comenzado hace 3 días con el lanzamiento desde Kourou (Guyana Francesa) de los 2 primeros, al parecer con no muy buen pie, pues han sido situados en una órbita más baja (26.600 km) que la que se pretendía alcanzar (29.200 km), y a una inclinación menor (49,8º frente a 55º). Esta inclinación hará en un futuro que presten servicio en zonas próximas a los polos, algo en lo que GPS falla. El error de inyección de los satélites en la órbita se está estudiando en estos momentos, y no tengo información de si será posible trasladarlos a una órbita superior (3000 km más arriba) o habrá que inutilizarlos. En teoría en diciembre se lanzará otro par de satélites similares.

Una vez que entre en funcionamiento el sistema Galileo podremos prescindir del sistema americano GPS, que en sus comienzos fue de uso exclusivamente militar y luego se amplió al uso civil. Entonces los errores de los que hemos hablado serán menores, se habla de precisiones de 1 metro.

Pero para eso aún habrá que esperar unos años.

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