domingo, 1 de abril de 2012

Sobre la precisión de los GPS en el running.

La moderación en los precios y las funcionalidades ofrecidas por estos dispositivos hacen que los relojes con GPS se hayan popularizado mucho como herramienta indispensable en los entrenamientos y carreras. Existe sin embargo un desconocimiento amplio entre los usuarios de la precisión que pueden alcanzar con el GPS, por lo que en este artículo intentaré contribuir a aclarar que estos dispositivos no son mágicos, sino que ofrecen un punto de equilibrio entre precisión y autonomía que es más que suficiente para la mayoría de nosotros.

Los sistemas GPS se basan en la información de tiempo y lugar proporcionada por distintos satélites (originalmente 24, en la actualidad 31) mantenidos por el gobierno de EEUU. Los satélites envían periódicamente mensajes con la información del lugar dónde se encuentran y el instante de tiempo, gracias a los cuales los receptores GPS pueden calcular su posición con un grado de precisión que depende del número de mensajes (satélites) que es capaz de recibir. (ver http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System ). Dado que los satélites no están en la órbita geoestacionaria, en ocasiones dejan de estar visibles por el dispositivo receptor, y el número de mensajes recibidos (y por tanto la precisión de la medida) varía de forma dinámica con el tiempo. El primer concepto que debe quedarnos claro es que la precisión: a) cambia a lo largo del tiempo y b) depende del número de mensajes/satélites que mi dispositivo receptor es capaz de decodificar.



Para poder decodificar los mensajes enviados por los satélites el dispositivo debería amplificar la señal recibida por su antena receptora en los distintos canales radio empleados por los satélites. Cuanta mayor superficie de antena receptora y mayor sea la etapa de amplificación de la señal recibida, con más probabilidad decodificaré correctamente los mensajes. A su vez, cuantos más canales pueda monitorizar un dispositivo, optará a recibir un mayor número de satélites, aunque también consumirá más energía al amplificar los canales. Los receptores típicos hoy en día tienen entre 12 y 20 canales GPS. Esto nos hace ver que existe un equilibrio entre el: tamaño del dispositivo (antena receptora), su peso (batería) y la precisión (número de canales recibidos correctamente). Por ello los GPS que tiene gran precisión (tipo TOMTOM), tienen una superficie y un peso muy superior al de un dispositivo portátil tipo GARMIN: no existen milagros. La precisión a su vez depende fuertemente del tipo de terreno en que nos movemos: en zonas rurales la visibilidad de los satélites aumenta, mientras que en zonas urbanas, y especialmente con edificios altos (no digamos ya en interiores) se ve reducida drásticamente.


Los receptores GPS van leyendo periódicamente (el periodo suele ser configurable por el usuario) los distintos canales en los que envían los mensajes los satélites que tengan configurados. En función del número de mensajes que son capaces de leer en un instante determinado calculan la posición con un grado de precisión variable y la almacenan como un ‘waypoint’ o punto. La distancia es calculada como la acumulación de la distancia entre dos puntos consecutivos considerando una superficie plana (en algunos modelos, parece que es el caso de los GARMIN, se tiene en cuenta la curvatura terrestre para este cálculo). Aunque la mayoría de los dispositivos nos ofrece una lectura de altura, la precisión que consiguen en este parámetro es muy baja y no es tenida en cuenta en el cálculo de la distancia recorrida (los GPS con precisión en la medida de altura incorporan barómetros). La velocidad instantánea es calculada como la distancia entre dos medidas entre el tiempo transcurrido.
Entrando en materia sobre los factores que intervienen en la precisión de la medida en un dispositivo portátil GPS (tipo GARMIN forerunner), podemos señalar dos tipos distintos:


a) Aquellos que hacen que se incremente la distancia medida por el dispositivo: la precisión con que el dispositivo calcula cada punto hace que la medida de distancia/velocidad se incremente con respecto a la real. En la figura 1 se ve el efecto de la precisión en el incremento de distancia. Cuanto mayor sea la frecuencia de lectura de puntos mayor será la influencia de este efecto.


Figura 1. Trayectoria rectilinea.




b) Factores que hacen que el dispositivo mida menos distancia: espaciado entre los puntos de medida en las curvas. Cuantos menos puntos se tomen en las curvas, la distancia medida será menor como se aprecia en la figura 2.




Figura 2. Precisión en trayectorias curvas

Por tanto, podemos concluir que los factores que influyen en la precisión de las medidas de distancia son los siguientes:
* Tipo de terreno: las zonas urbanas conllevan menor precisión en el punto, lo que implica una sobreestimación de la distancia y la velocidad.
* Trayectoria recorrida: con muchas curvas (especialmente aquellas más cerradas) implica una reducción en la estimación de distancia y velocidad.
* Frecuencia de lectura de puntos: a mayor frecuencia más batería gastamos (lectura de radiocanales, amplificación, cálculos y uso de memoria), mayor será la sobreestimación en línea recta y mayor será la precisión en zonas curvas. Los GPS de GARMIN ofrecen un modo ‘automático’ que ajusta la frecuencia de lectura en función de si nuestra trayectoria es rectilínea, o curva y el tipo de deporte, de tal forma que se encuentra un punto de equilibrio entre consumo de baterías y precisión.

Todo esto explica que en las pruebas en las que abundan las trayectorias rectilíneas y tienen zonas urbanas (maratones y medias maratones) la mayoría de nosotros medimos sobre un 0,5% más de la distancia ‘oficial’ (está bastante acreditado para distintas maratones por usuarios de GARMIN una sobreestimación entre 200 y 300 metros). En caso de discurrir por zonas rústicas o avenidas muy amplias con edificios bajos la sobreestimación suele estar en un 0.25-0,3% respecto a la distancia oficial. A esto debemos añadir otros efectos no imputables al GPS que provocan medidas mayores en la distancia recorrida. Veamos el caso del maratón: las prueba oficiales, según el reglamento del IAAF, (ver http://en.wikipedia.org/wiki/Marathon ) deben medir 42.195m como mínimo, y normalmente se añade un factor de prevención de trayecto de 1 metro por kilómetro: 42 metros más para compensar errores de dispositivo de medida (21 m en caso del medio maratón). Esta distancia debe ser la mínima que recorra un atleta que siguiera la trayectoria más corta. La trayectoria seguida normalmente por los corredores suele ser algo mayor (trazada en curvas o acercarse a los avituallamientos), por lo que la distancia real recorrida es siempre mayor de 42.195 metros.

Como conclusiones podemos señalar:


  • Los GPS no son la panacea en la precisión, pero si queremos que sean chiquititos (poca superficie de recepción), pesen poco (poca batería), y tengan gran autonomía debemos sacrificar la precisión.


  • Los GPS por lo general sobreestiman la distancia/velocidad recorrida. Si quieres precisión puedes ‘calibrar’ el tuyo y tenerlo en cuenta en la carrera/entrenamiento. Ten en cuenta que el GPS se comportará de forma distinta atendiendo a factores como: hora, visibilidad de los satélites (edificios o zona rural), trayectorias curvas,… Como referencia puedes tomar una sobreestimación del 0,5-0,9% en una prueba urbana (depende de la altura de los edificios y las curvas en la trayectoria) y 0,25-0,3% en pruebas rurales.


  • Ten en cuenta que en ocasiones se compensan la sobreestimación con la reducción de distancia por curvas (en parques suele ser habitual), con lo que milagrosamente parece que es casi exacto: no lo es.

Espero haber contribuido a desmitificar el GPS y que todos seamos conscientes de las limitaciones de un dispositivo que proporciona un equilibrio casi perfecto entre autonomía de las baterías y precisión.


6 comentarios:

  1. PUES AUNQUE NO SEAN 100 POR CIEN EXACTOS, A MI PERSONALMENTE ME AYUDAN BASTANTE A LA HORA DE ENTRENAR Y EN LAS CARRERAS.

    LA CARRERA DE SAN JUAN,ESTÁ MEDIDA CON UNA RUEDA MÉTRICA QUE ES LO MÁS EXACTO.

    SALU2 Y A RECUPERARSE DE ESA MARATÓN QUE TE LO HAS GANADO.

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  2. Muy interesante. había oído algo de esto pero no sabía la razón, y seguro que me evitará algún cabreo con la organización cuando lea 300 metros más en mi garmin.

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  3. Buena información pero yo últimamente soy adicto a él.

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  4. Ahora ya sé que corro menos que mi GPS. Y yo que me había emocionado jejjee. Buen artículo Juan Pedro.

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  5. Muy interesante, el GPS es una ayuda que sirve como referencia pero no se puede medir una carrera con él.

    En los maratones siempre me desfasa bastante a medida que avanza la carrera, por lo que lo uso como referencia de ritmo pero simempre tomo el tiempo en los puntos kilométricos reales para no tener sorpresas.

    Lo comparto en Twitter.

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  6. Interesante apunte, aclara bastante el tema de "porqué el mío mide distinto del tuyo", je je.

    Un saludo, con tu permiso me quedo por aqui...

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