El Servicio de Posicionamiento en Tiempo Real de España (SPTR) es un Servicio público y gratuito, ofrecido por el Instituto Geográfico Nacional (IGN), que proporciona a sus usuarios la posibilidad de obtener posicionamiento de forma instantánea con una precisión del orden de pocos centímetros por medio de correcciones transmitidas a través de Internet. Se lleva a cabo en colaboración con la mayoría de las comunidades autónomas que poseen una red propia de estaciones permanentes GNSS (Global Navigation Satellite System).
Para este fin, y a través de los acuerdos correspondientes, el Servicio opera ininterrumpidamente las 24 horas del día aportando una cobertura total en todo el territorio del Estado, incluidas las Islas y las ciudades autónomas de Ceuta y Melilla. El SPTR resulta ser una herramienta ideal, principalmente en sectores de actividad como la ingeniería civil, la topografía o la agricultura de precisión; que cada vez más recurren a éste como muestra el número de usuarios registrados.
La fuente de datos para este servicio público está constituida por las estaciones permanentes GNSS, que captan las señales de los sistemas por satélite de navegación global, tanto de los europeos GALILEO como de GPS, GLONASS y Beidou, y que operan de forma continua.
Figura 1. Servicio de Posicionamiento en Tiempo Real de España
INTRODUCCIÓN
En los últimos años, la técnica del geoposicionamiento se ha convertido en una necesidad básica. El desarrollo de los sistemas de navegación por satélite GNSS, liderado inicialmente por el sistema GPS, ha irrumpido en la vida cotidiana y ha supuesto una revolución en los métodos de trabajo en diferentes sectores profesionales cuya actividad depende del conocimiento de la posición de una forma precisa.
Además de GPS, operan otros sistemas GNSS, entre los que destaca GALILEO, que es operado por la Unión Europea (UE) teniendo nuestro país un papel muy relevante tanto desde el sector público como el del privado. Otros son el sistema ruso GLONASS, el chino BEIDOU, el japonés QZSS y el indio IRNSS.
La señal transmitida de forma directa por los satélites de los sistemas GNSS, permite alcanzar una precisión en el posicionamiento de varios metros de forma instantánea, la misma que logramos por defecto cuando usamos el receptor GNSS de nuestro teléfono móvil o de nuestro automóvil cuando hacemos uso del navegador.
Ésta es una precisión suficiente para navegación, pero no para actividades que exigen una centimétrica como la requerida por los topógrafos, o el guiado de maquinaria agrícola de forma autónoma en campos de cultivo como sucede en la agricultura.
Por este motivo, se desarrollaron los sistemas de cálculo y transmisión de correcciones diferenciales que operan corrigiendo esa posición inicial para obtener después una de mayor precisión, del orden de un par de centímetros.
Estos sistemas se basan en la utilización de los datos que proveen las estaciones permanentes GNSS distribuidas por el territorio y cuyas coordenadas es imprescindible conocer con la máxima precisión posible. Para ello se utiliza un software de cálculo científico muy riguroso, obteniendo así precisiones del orden del milímetro en las coordenadas de todas las estaciones. A partir de dichas coordenadas y, mediante un procesamiento adecuado, es posible calcular en tiempo real -en cada instante- el error de la señal transmitida por los satélites GNSS, y transmitir esta información en forma de correcciones diferenciales para que puedan ser utilizadas por usuarios con equipos de observación adecuados.
El Instituto Geográfico Nacional (IGN) desarrolla y mantiene un servicio de correcciones diferenciales con cobertura en toda España conocido como Servicio de Posicionamiento en Tiempo Real (SPTR), el cual opera de forma continua permitiendo alcanzar una precisión en el posicionamiento del orden de unos pocos centímetros. En este artículo se presentan las principales características de este servicio público y gratuito que se ha convertido en un referente esencial para muchos profesionales.
ARQUITECTURA DEL SPTR
Para su correcto funcionamiento, el Servicio de Posicionamiento en Tiempo Real de España (SPRT), un servicio gratuito para el geoposicionamiento preciso, requiere de la combinación de diferentes elementos que se pueden sintetizar en cuatro:
- Los datos registrados en tiempo real por la red de estaciones permanentes desplegada por todo el territorio.
- El cálculo de las coordenadas precisas de dichas estaciones, necesario para un correcto cálculo a posteriori de las correcciones.
- El cálculo de correcciones diferenciales.
- La interfaz del servicio, con los usuarios registrados para la diseminación en tiempo real de las correcciones que son necesarias para que éstos obtengan su posición de forma muy precisa.
REDES DE ESTACIONES PERMANENTES
La Red de Infraestructuras Geodésicas de la Subdirección General de Astronomía y Geodesia del Instituto Geográfico Nacional viene desplegando desde 1998 la Red Geodésica Nacional de Estaciones de Referencia GNSS (ERGNSS) en todo el territorio nacional. Una red que opera de forma continua y cuyos productos se utilizan en multitud de aplicaciones en el ámbito de la Geodesia, Topografía, Cartografía, Ingeniería Civil, Agricultura de precisión, Meteorología, Medio Ambiente e investigación en Ciencias de la Tierra entre otras.
En sus inicios, la finalidad de estas estaciones fue puramente geodésica. Sirva de ejemplo la determinación y mantenimiento del marco de referencia geodésico oficial de España. Pero, a lo largo de los más de veinte años de historia de la ERGNSS, han surgido numerosas necesidades, aplicaciones adicionales y formas de trabajo.
Una estación permanente GNSS consiste, básicamente, en un equipo que consta de un receptor y antena GNSS capaz de registrar observaciones de forma continua. Este equipo reposa sobre una estructura de fábrica con un pilar de hormigón donde se sitúa la antena y un dado, generalmente, del mismo material, donde reside la marca geodésica, la cual, registra las coordenadas posteriormente calculadas.
Los datos emitidos por estas estaciones son enviados a través de internet (protocolo NTRIP), en tiempo real, al centro de cálculo GNSS del IGN en Madrid para su correcto procesamiento. Otro servicio prestado por estas estaciones de referencia, en cuanto al tratamiento de sus datos obtenidos se refiere, es el de la generación de ficheros RINEX horarios empleados para obtener un procesado de alta precisión, así como parámetros atmosféricos que afectan a los distintos observables GNSS.
Figura 2. Estación permanente GNSS en el Puerto de Navacerrada (CAM)
Actualmente, la ERGNSS está formada por 121 estaciones (Feb. 2024) uniformemente distribuidas por todo el territorio nacional. Algunas de éstas también pertenecen, a su vez, a redes europeas o mundiales que trabajan de forma coordinada para, entre otros objetivos, mantener un sistema homogéneo y preciso de referencia de coordenadas en los ámbitos europeo y mundial, respectivamente. Así, 27 estaciones están integradas en la red europea de EUREF (European Reference Frame) y cuatro en la red mundial del IGS (International GNSS Service). Por otro lado, tres de estas estaciones son parte de la infraestructura del Galileo Reference Center (GRC) para el control del sistema GALILEO.
Además, algunas de las estaciones de la ERGNSS son compartidas entre el IGN y otras instituciones como Puertos del Estado y algunas Comunidades Autónomas, en el marco de la obligada y necesaria colaboración y coordinación entre instituciones públicas para la optimización de los recursos públicos. En este contexto, existen convenios o acuerdos entre el IGN y las mencionadas instituciones, en los que se refleja el carácter <<compartido>> de las estaciones GNSS; ya que muchas Comunidades Autonómas también poseen servicios propios homólogos del posicionamiento en tiempo real nacional.
La ERGNSS está en constante mejora y modernización, actualizando los equipos de observación para registrar las nuevas constelaciones satelitales disponibles (GALILEO y BEIDOU), y extendiéndose a más emplazamientos para proporcionar la mejor cobertura e integridad posible del servicio en todo el territorio nacional.
El IGN se encarga, así, tanto de mantener las estaciones permanentes GNSS, asegurando su operatividad continua, como de generar y diseminar los datos registrados para que los usuarios finales puedan beneficiarse de ellos.
Además de los datos de la red ERGNSS, y gracias a los convenios y acuerdos de colaboración firmados por el IGN con instituciones autonómicas, el SPTR utiliza adicionalmente datos registrados por redes permanentes GNSS de las Comunidades Autónomas y de estaciones que Puertos del Estado utiliza para el control de mareógrafos. De esta forma, se asegura una mayor integridad del servicio ante la fortuita caída de comunicaciones con alguna estación del IGN.
A continuación, se citan las redes de estaciones GNSS de las instituciones que colaboran y forman parte de los datos que alimentan el servicio:
- ARAGEA: Red de Geodesia Activa de Aragón.
- ERVA: Red de Estaciones de Referencia de Valencia.
- Estaciones GNSS de Puertos del Estado.
- ITACYL: Red de estaciones GNSS de Castilla y León.
- RAP: Red Andaluza de Posicionamiento.
- Red de estaciones permanentes GNSS de la Comunidad de Madrid.
- REGAM: Red de Geodesia Activa de la Región de Murcia.
- REP: Red Extremeña de Posicionamiento.
- RGAC: Red GNSS Activa de Cantabria.
- RGAN: Red de Geodesia Activa de Navarra.
- RGAPA: Red GNSS Activa del Principado de Asturias.
- RGE: Red GPS/GNSS de Euskadi.
- RIOJA: Red de estaciones permanentes GNSS-La Rioja.
- XGAIB: Xarxa de Geodèsia Activa de les Illes Balears.
En resumen, a las 121 estaciones del IGN se suman otras tantas de estos organismos y redes autonómicas, disponiendo el SPTR de los datos de aproximadamente 268 estaciones permanentes GNSS, cuyas observaciones son utilizadas en tiempo real y de forma continua como datos de entrada en el servicio. 
Figura 3. Distribución de estaciones permanentes que proveen datos al SPTR. Un servicio gratuito para el geoposicionamiento preciso en toda España
Este importante número de estaciones permanentes GNSS, distribuidas homogéneamente por todo el territorio nacional, proporciona una configuración que aumenta la fiabilidad e integridad del sistema y, a su vez, permite proveer de correcciones diferenciales GNSS con cobertura continua y homogénea para la totalidad del territorio.
Los datos GNSS recibidos por estas 268 estaciones se envían cada segundo al Centro de Proceso de Datos en el IGN con una latencia o retardo entre la generación del dato y la llegada del mismo que no ha de exceder el par de segundos, asegurando así la calidad de las correcciones generadas y enviadas al usuario.
Este flujo continuo y necesario de datos exige un mantenimiento y atención diarios no solo a nivel de las estaciones permanentes GNSS, sino también a nivel de equipos y de las comunicaciones entre éstos y el Centro de Proceso de Datos en el IGN.
CENTRO DE PROCESAMIENTO DE DATOS EN TIEMPO REAL
La infraestructura de procesamiento para el Servicio de Posicionamiento en Tiempo Real está alojada en el Centro de Procesamiento de Datos del Centro Nacional de Información Geográfica (CNIG), el cual dispone de personal que garantiza el mantenimiento del servicio de forma continua.
El procesamiento de datos se realiza de forma distribuida en distintos servidores virtuales, para lo cual se ha dividido el territorio en 17 subredes (clusters), de modo que cada servidor procesa los datos correspondientes a 3-4 cluster. Esta arquitectura del hardware se debe al elevado número de estaciones y la complejidad de los cálculos que se han de realizar de forma simultánea.
De manera simplificada, el procesamiento consiste en el cálculo en cada instante (cada segundo) del error en el posicionamiento de la señal transmitida por los satélites GNSS mediante la comparación con las coordenadas precisas de las estaciones permanentes. De esta manera es posible calcular las correcciones diferenciales y transmitirlas a través de Internet. En realidad, lo que se lleva a cabo es una modelización de todos los errores que afectan a la señal GNSS en cada instante y en cada posición, especialmente de los errores derivados del estado de las principales capas atmosféricas que degradan la señal, como la troposfera y la ionosfera.
De forma periódica se efectúan copias de seguridad de los servidores para su reposición inmediata en caso de incidencia con alguno de ellos. La integridad del servicio en caso de una eventual caída de los servidores o de las comunicaciones es vital para asegurar el funcionamiento permanente del SPTR.
Figura 4. Distribución de los distintos cluster que conforman el conjunto de la red SPTR
INTERFAZ CON LOS USUARIOS
El uso de las correcciones diferenciales GNSS proporcionadas por el servicio exige un registro previo en el mismo, gratuito, que se hace a través de un portal de usuario al que se accede a través de la página web http://ergnss.ign.es/gnuserportal/.
El registro de usuario permite, por ejemplo, conocer su área de actividad profesional, generar estadísticas de uso del Servicio para mejorar y reforzar este último en aquellas zonas en las que sea necesario, así como para poder informar vía correo electrónico de actualizaciones o incidencias habidas en el Servicio.
La transmisión de correcciones al dispositivo GNSS del usuario se hace a través de un cliente con un protocolo de transmisión específico a través de Internet denominado NTRIP. Prácticamente todos los receptores GNSS del mercado de uso profesional tienen implementado este protocolo, siendo un estándar en la transmisión de datos GNSS. También es necesario que el dispositivo del usuario tenga conexión a Internet y, como es natural, contar con cobertura telefónica en el área de trabajo, algo que actualmente sucede en prácticamente todo el territorio.
El servicio se proporciona a través de la URL ergnss-tr.ign.es, la cual facilita dos tipos de solución:
- Solución de red a través del puerto 2101. Se transmiten correcciones diferenciales calculadas a partir de los datos de las estaciones permanentes próximas al usuario. En esta modalidad, el usuario comunica su posición al sistema enviando previamente un mensaje automático con sus coordenadas al Centro de Proceso de Datos (CPD) y este calcula y envía las correcciones para su ubicación específica. Es decir, las correcciones se generan y envían para la localización concreta del usuario.
Esta es la modalidad más frecuente en los usuarios y además se ofrece mediante diferentes algoritmos y procedimientos de cálculo. Los puntos de montaje disponibles para esta modalidad de solución son:
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- VRS3
- CERCANA3
- MAC3
- FKP3
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Las correcciones de éstos se envían en formato RTCM 3.1 con datos provenientes de las constelaciones GPS y GLONASS
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- VRS3M
- CERCANA3M
- MAC3M
- FKP3M
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Las correcciones de éstos se envían en formato RTCM 3.2 MSM con datos provenientes de las constelaciones GPS, GLONASS, GALILEO y BEOIDOU
- Solución de estaciones individuales a través del puerto 2102. El usuario elige de forma manual -dentro de una lista de posibles puntos de montaje- la estación de referencia de la que pretende obtener los datos. En esta modalidad, el usuario deberá tener en cuenta cuál es la estación más cercana a su posición, ya que la distancia entre ésta y su ubicación es un factor que degrada la precisión de las correcciones. Si bien, dependiendo de la tecnología del usuario, se obtienen resultados óptimos hasta una distancia de 30-40 kilómetros.
Los puntos de montaje disponibles para esta modalidad se presentan con cuatro caracteres + 3M. Ejemplo: IGNE3M. Las correcciones son enviadas en formato RTCM 3.2.
Para más información acerca del uso y las características del Servicio, se recomienda consultar la web del mismo, Información del servicio – Instituto Geográfico Nacional (ign.es), donde podrán encontrar información más, así como un mapa en tiempo real del estado de todas las estaciones GNSS.
Figura 5. Tríptico SPTR (última versión disponible en la web)
Asimismo, se proporciona a los usuarios un buzón de correo (buzon-geodesia@mitma.es), en el que se ofrece soporte para la utilización del Servicio, reporte de incidencias y experiencias o comunicación con los responsables de la administración del sistema.
UTILIZACIÓN DEL SERVICIO
Los usuarios registrados en el Servicio de Posicionamiento en Tiempo Real se pueden englobar básicamente en los siguientes sectores de actividad:
- Topografía, cartografía.
- Ingeniería civil.
- Agricultura de precisión.
- Medio ambiente.
- Investigación.
Actualmente hay más de 12000 usuarios registrados existiendo un crecimiento continuo y lineal en los nuevos registros principalmente por parte de usuarios pertenecientes al sector agrícola. En la siguiente imagen se puede ver la distribución geográfica de usuarios en el mes de enero de 2024 por área de actividad.
Figura 6. Conexiones por área de actividad en el mes de enero de 2024
En la actualidad, en torno al 60% de los usuarios registrados pertenecen al sector agrario. El IGN está efectuando tareas de difusión del Servicio para darlo a conocer a todos aquellos que estén interesados, así como para resolver todas aquellas cuestiones que puedan plantearse.
Figura 7. El SPTR, servicio fundamental en la agricultura de precisión al ser un sistema de geoposicionamiento (Imagen cortesía de John Deere)
Los trabajos topográficos de obra, que básicamente consisten en levantamientos y replanteos, han evolucionado notoriamente con el uso del GNSS en general y, sobre todo, con los servicios de correcciones en tiempo real GNSS como el SPTR. Hasta hace pocos años, estos trabajos eran realizados con estaciones totales de medida de ángulos y distancias, pero actualmente estos instrumentos han sido sustituidos, en una gran parte, por el uso de sistemas como el SPTR que permite ese geoposicionamiento preciso en toda España y de forma gratuita. El poder conocer la posición global de un punto del terreno con precisión de algunos centímetros en unos pocos segundos ha simplificado este tipo de trabajos enormemente.
Del mismo modo, la navegación autónoma de vehículos se convertirá en los próximos años en algo cotidiano en la tecnología automovilística, y el SPTR puede ser una opción fundamental para el desarrollo de este modo de navegación en España. El uso del SPTR, con el resto de los sistemas de control del vehículo, permitirán que el guiado sea mucho más seguro.
En resumen, el Servicio de Posicionamiento en Tiempo Real se ha convertido en un servicio fundamental y estratégico del IGN y, por tanto, del Ministerio de Transportes y Movilidad Sostenible como servicio público, resultando en una herramienta esencial para un gran número de profesionales que obtienen, gracias a este Servicio, un incremento de la producción y un ahorro de costes en sus trabajos cotidianos, favoreciendo a la vez el desarrollo tecnológico e industrial de las empresas, tanto de estos sectores como de proveedores de tecnología y aplicaciones.
En cuanto al desarrollo del sistema en los años venideros, es previsible el aumento de su importancia dado el incremento de posibles aplicaciones que se pueden añadir a las anteriormente citadas, difícilmente imaginables en la actualidad.
Lo que sí se sabe con certeza, es que la progresiva mejora tecnológica de los sistemas GNSS en general y de GALILEO, en particular, dará como resultado que las prestaciones de este tipo de servicios sean cada vez más precisas, más eficientes, más simples y seguras. Estas circunstancias conllevarán la extensión del uso de servicios como el SPTR a un número cada vez mayor de usuarios, y de perfiles más heterogéneos que los observados en la actualidad.
En conclusión, el SPTR es actualmente un servicio gratuito para el geoposicionamiento preciso en toda España, cada vez más en alza, con una previsible y exitosa evolución que se irá haciendo imprescindible para más usuarios, según vaya pasando el tiempo..
Figura 8. Estación permanente GNSS en Izaña (Sta. Cruz deTenerife)
SPTR: Un servicio gratuito para el geoposicionamiento preciso en toda España. Red de Infraestructuras Geodésicas. Subdirección General de Astronomía y Geodesia. Ministerio de Transportes y Movilidad Sostenible.
