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Bloque 5 5.1. Teora del GPS. 5.2. Navegadores y confeccin de mapas y planos. 5.3. Levantamiento con navegador GPS Garmin 76.5.4.GPS aplicado a la agricultura de precisin.BibliografayreferenciasNezGarca del Pozo, A., Valbuena Durn, J. L., Velasco Gmez, J. GPS: la nueva era de laTopografa.Ed.CienciasSociales,1992.PginaespaoladelGPS:http://www.elgps.com/Portaldeagriculturadeprecisin:http://www.agriculturadeprecision.org5.1.TeoradelGPS ElGPSsebasaen laobservacinorecepcindesealesderadiofrecuenciaprocedentesdesatlitesartificialesdediferentesconstelacionesinternacionales.Eliniciodeestaidea,lautilizacindesealesemitidasdesdefueradelasuperficieterrestre,datandellanzamientodelprimersatliteartificialdelatierra(SputnikI)en1957.Pudoobservarsequeconelanlisisdelassealesdelsatliterecibidasenunaestacinterrestredeposicinconocida,podadeterminarselarbitadelmismo;yviceversa:conocidastayrecibidasyanalizadaslassealesendistintasposicionesdelsatlite,podaobtenerselasituacindelaestacinreceptora.LaprimeraaproximacinalGPSfueelsistemamilitarnorteamericano TRANSIT, de 1967, que en 1973 fue redefinido como una nueva constelacin desatlites artificiales llamadaNAVSTAR, formada por 24 satlites, con rbitas casi circulares y unaaltitudmediade22000km,distribuidosuniformementeenseisplanosorbitales.Estaconfiguracinaseguraquesobreelhorizontedecualquierlugardelatierrasernvisiblessimultneamenteentre4y 7 satlites, con una continuidad de observacin durante las veinticuatro horas del da. Laculminacindeesteproyectoysutotaloperatividadseprodujoenelao1993.Actualmentesehansumado a esta constelacin la rusa GLONASS y la incipiente Galileo, de Europa, con suscorrespondientes satlites (aunque no todos los receptores pueden leer las seales de los tressistemas).ElvehculoespacialGioveA,elprimer satlitede laconstelacinGalileo, fuepuestoenrbitael28dediciembrede2005yel segundoen2008;peropara suplenaoperatividad todavafaltanalgunosaos. Lossatlitessepuedenclasificargenricamenteentreactivosopasivos.Lospasivoscarecendeemisionespropias, simplementedevuelven laenergaqueenellos incidapor simple reflexin;mientras que los activos poseen sistemas de emisin de ondas electromagnticas de diferentesespectros, as como un mecanismo autnomo de produccin de energa (placas fotovoltaicas o

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paneles solares). Los satlites GPS son activos, y emiten varias ondas en el espectro de laradiofrecuenciaenlasquevancodificadaslasefemrides:losparmetrosorbitales,lascorreccionesalosmismosyotrosdatoscomplementarioscomolaantigedaddelainformacinemitidaylahoraatmica. Las frecuenciasprincipales son las llamadasportadoras (aprox.1200 y1500MHz) ydosmodulaciones de stas, llamadas cdigo y mensaje. Tambin existen una serie de estaciones decontrolalolargodelasuperficieterrestrequerecibenlainformacinnecesariadelossatlitesparaestablecercongranprecisinsusrbitas,ascomolasefemridesylosestadosdelosrelojes. ElsistemageodsicoglobalqueutilizaelGPSparaaproximarlaformaglobaldelplanetaeselllamadoWGS84(WorldGeodeticSystem1984),yaquetienequeserunelipsoidecomnparatodoelglobo.Sisequieretransformar losresultadosaunsistemageodsicoparticular,comoelED50oelETR89,habrquehacerunatransformacinentreunoyotrosiqueremosutilizarnuestrosdatosenlos mapas. Estas transformaciones son relativamente sencillas, pues son transformacionesmatemticas, y normalmente vienen implementadas en los receptores. Respecto a la altura, lacuestin es ms compleja, puesto que el GPS utiliza el elipsoide como referencia altimtrica,mientrasqueenlacartografaylaobservacingeodsicaytopogrficaseusaelgeoide,quecomoya se haba definido es una superficie fsica irregular en cada punto del planeta, no una figuramatemtica.PararelacionarambashabrqueconocerlallamadaondulacindelGeoide,separacinentre las superficiesdelgeoideyelelipsoidemedida sobre lanormalalelipsoide (Figura214delbloque2).Esteprocesosepuedeobtenerdemapasdeondulacinparaunadeterminadazona,quesevanactualizandoconformesedisponedemsobservacionesgeofsicasdelagravedadterrestre. Desdelaradiodifusinporelpropiosatlitedesuscoordenadasenunsistemaconvencionalde referencia celestehasta laobtencinde las coordenadasdel receptor, situadoen la superficieterrestre,enunsistemalocal,elprocesoeselsiguiente:1.Pasodelascoordenadascelestesdelsatliteaunsistemaconvencionalterrestre(elWGS84).2.ObtencindelascoordenadasWGS84delpuntodeestacinmediantelarecepcindelassealesde lossatlites.Enestepuntosepuedehacerunacorreccinen tiempo realsisedisponededosreceptoresmidiendoen lamismazonaalmismo tiempo,o tomar lascoordenadasdirectamenteycorregir(ono)aposterioricondatosauxiliares.3. Pasode esas coordenadasGPS a coordenadas locales en el sistema ED50. Estepaso sepuedehacer tambindirectamenteconfigurandoelreceptorpara tomar losdatosenED50,omejoran,transformar los datosWGS84 al datum localmediante software especializado, si la precisin deltrabajolorequiere. ElGPSpermitelocalizarelpuntodeobservacinpormedicindedistanciasodevariacindedistanciasentre lasantenasemisorasdevariossatlitesy la receptoradelequipodeobservacin,tantoenelmundoestticode laGeodesiayTopografacomoaldinmicode lanavegacinenunvehculoterrestre,marino,areooespacial.Elsistemautilizadoporlosreceptorestiponavegadoreseldepseudodistancias: consisteenunamultilateracin tridimensional2que sita laestacinen lainterseccin de unas esferas con centro en el satlite y radio la distancia correspondiente. Lasdistanciasseobtienenapartirdel tiempoque tarda lasealen llegardesdeelsatliteal receptortomandopreviamenteunorigencomndetiemposparaambos.Silosrelojesdelsatliteyreceptorestuvieran perfectamente sincronizados, el intervalo de tiempo medido en el receptorproporcionara el valor de la distancia sinms quemultiplicarlo por la velocidad de la radiacin2 Unpuntopuedequedardefinido en el plano como interseccinde dosdistancias,ode tres si elsistemade coordenadas es espacial.Cuantomayor sea elnmerodedistancias conocidasdesde esepuntoaotros,mejorseconocersuposicin.Deahelnombrede"multilateracin".

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emitida. Pero como existe una diferencia entre los estados de los dos relojes, no se obtiene ladistanciareal,sinoloquellamamosunapseudodistancia. Laprecisiny rendimientodelsistemamejorasensiblementesia laconfiguracinsatlitereceptorse leaadeunsegundoreceptorqueobservea losmismossatlitessimultneamente.Sesuele colocarun receptor con la antena fijoenun lugar alto ydespejadoe ir conelotroequipomidiendo por las zonas de inters. Algunos receptores pueden hacer la correccin de lascoordenadasentiemporeal,perosesuelehacerelprocesamientodelosdosjuegosdecoordenadasde sendos receptores en un software especfico endiferido.A faltadeun segundo receptor, sepuedenutilizardatosdeunaantenaGPSpblicaopertenecienteaalgunacasacomercialdeequiposbajopago.Enestecasodebemosbuscarunaantenaquenoestamsde100kmde lazonadetrabajo,yaquesiestuvieramsalejadalascondicionesdelatomadeunreceptoryotroseranmuydiferentes y ya no tendra validez una toma simultnea.Una vezmedida la zona, se anotan concuidadolashorasdetrabajoysedescarganlosficherosdecorreccindeesashorasprocedentesdelaantenaajena,atravsdeInternet,porejemplo.Estacorreccinsepuedehaceractualmenteenlapropiamedicin,descargando losdatosdeunaestacin cercanaa travsdeunmodemdeGPRSsimilaraldelostelfonosmviles.Despusseaplican,juntoconlosdatosdescargadosdelreceptor,enel softwareque loacompaa.Normalmenteestascorrecciones se realizanconconfiguracionesmscomplejasqueunsimplenavegador,yseobtienenprecisionescentimtricas.Sinembargo,unsimplenavegadordecocheodetelfononoproporcionaprecisionespordebajodevariosmetros,sobre todo si las condicionesde laobservacinno sonbuenas (pantallasdeedificios, vegetacin,interferencias,etc.)osilageometradelossatlitesesmala(pocossatlitesobservables,ngulosdeobservacincercanosalhorizonte,etc.).Elerror secuantificaconun factoradimensional llamadoGDOPqueesmostradoporelreceptor,ysedesglosaenotroscuatroquecaracterizanelerrorenposicionamiento,enplanimetra,enaltimetrayentiempo. 5.2.Navegadoresyconfeccindemapasyplanos Habitualmente, los navegadores GPS se estn utilizando para determinar la posicin entiempo real del usuario receptor. Adems, en combinacin con la cartografa digital que puedamostrar el receptor tendremos una completa referencia espacial de nuestra posicin. A falta decartografaespecfica,osi lasnecesidadesdedetallesonmayoresque laescalaquepermitedichacartografa, algunos navegadores permiten al usuario introducir mapas en formato vectorial oimgenesdemapas (uotro tipode imgenes:ortofotos,etc.). Sepuedeescanearunmapade lazona,georreferenciarloconcoordenadaseintroducirloenelGPSparaguiarnosporl.Tambinselepuedenindicarrutaspreestablecidaspuntoapuntooporitinerariosydespusseguiresarutaenelterrenoguindonosconelnavegador. PerootraaplicacininteresantedelosnavegadoresGPS,especialmentecuandosuprecisinsea larequerida,es la inversade laanterior:tomar losdatosdecoordenadasoderutasyvolcarlosenunsoftwaredediseocartogrficoodeSIGparaconfeccionarplanos.Ademssepodranmedirsuperficies,determinardistancias,combinarnuestrosdatosconcartografaoficial,etc. Enestecasoesespecialmente relevanteelerrorplanimtricoconelquedeterminamos laposicin.Recurdeseentoncesque laescalade representacinesun lmite, juntoconel lmitedepercepcinvisual,quedeterminar laeleccindeun instrumentouotro.Porejemplo,siqueremosconfeccionarunplanodeunaparcelaaescala1:1000, 1000x0,2mm=200mm=0,2m

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Loque significaqueno sedeberausarun receptorqueproporcionaraunaprecisinmsbajade0,2m(locualesdifcilconunnavegadorGPSdegamabaja),porqueentonceselerrorconelque representamosunpunto tendra relevancia en elplano.Dichodeotra forma:podemosusarprecisiones peores, pero entonces deberemos sopesar la precisin que requiere el trabajo. Laprecisintambindebevalorarsecuandoestimamossuperficies,yaquenoeslomismodeterminarlasuperficiedeunaparcelade200hasconunposibleerrorde1mallevantarsuslindesquehacerloconesemismoinstrumentalsilaparcelamide500m2. Dependiendode lascapacidadesdelreceptor,elflujodetrabajovariar;peropuedehaberunospasoscomunesenlaorganizacindeltrabajoparalevantarunplano:1. Planificacin del trabajo: escala, precisiones, objetivos, tipo de plano final requerido (papel odigital), formato y software ms adecuado, etc. Esta fase es muy importante para elegir el GPSacordealtrabajoyahorrarcostesintiles.2.Levantamientotopogrficoencampo:

- Anotarlafechaylahoradecomienzoyfinaldeltrabajo.- ConfigurarelGPSparaelsistemaED50,osinoexisteesaposibilidad,hacerlaconversinen

el software posteriormente. Configurar unidades de medida (X,Y) en metros (mejor quelongitudylatitudengrados).

- Elegireltipodeentidadquesevaatomar.LosGPS,al igualque lamayoradesistemasderepresentacingrfica,trabajancontrestiposbsicos:puntos,lneasysuperficies.Segneldatoque se tomeenel terreno sepuede ircambiandoel tipodeentidad.El sistemamssimplificadoestomartodocomopuntosyluegounireneldiseogrfico.

- Darleunnombreocdigoacadapuntooentidad,guardarlaenmemoriae irhaciendouncroquis de campo simultneamente para una mejor comprensin posterior y para noolvidarnosninguna zona. Si elnavegadorno tieneposibilidadde almacenamiento,oparaasegurar los datos, se puede hacer un estadillo con las coordenadas e ir anotando lascoordenadasyposiblesincidencias.

- Anotarelerrorqueseproduceencadapunto,para luegodesecharpuntos.Unaestrategiaparamejorar laprecisin consisteen,al tomarelpunto,dejarqueelGPS tome repetidosvaloresypromedieelvalor final.Tambin sepuedenalmacenardosomsdatosencadapunto.Irobservandosilasvariacionesdecoordenadasycotasonmuygrandesyesperarencadapuntohastaquedichosvaloresseestabilicen.

3.Volcadodedatosalsoftware.SielprogramadeGPStienecorreccindiferencial,tomarlosdatosde la antena y proceder a la correccin. Si no los tiene, volcar los datos directamente en esteprograma,comprobarqueelsistemadecoordenadasyelgeodsicoeselcorrectoyexportarlosaunformatogrficoquenospermitatrabajaraposterioriparahacerelplano(quizselsoftwaredelGPSnospermitediseardirectamenteyentoncespodemosacabarenestepunto).Losformatosgrficosvectorialesmspopularesson: .dxf:esunformatogenrico,queleencasitodoslosprogramasdediseo .dgn:elformatodemicrostation .dwg:elformatodeautocad .shp:elformatodeArcGis4.Trabajode losdatosenelsoftwarecartogrficooCAD ydiseodelplanofinal.Marco, leyenda,escala,etc.Formatosdeimpresinypresentacin,A4,A3,etc.

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5.3.LevantamientoconnavegadorGPSGarmin765.3.1.Caractersticasdelreceptor5.3.2.Encendidoyajustesiniciales5.3.3.Recibirlasealdelossatlites5.3.4.Almacenar,editaryborrarpuntos(Waypoints)5.3.1.Caractersticasdelreceptor(Figura51)

Figura51.ReceptornavegadorGarmin76.

EstereceptorGPSpertenecea lacategorade los llamadosnavegadores, instrumentosdeprecisinmediaobaja(desde50ma3m,segnlosmodelosymarcas),queseutilizangeneralmenteparaorientarseenlanavegacinmartimaoterrestre,seguimientoderutas,etc.Tiene12canalesderecepcindesatlitesylaantenaestintegradaenelconjunto.Dentrodeestacategora,ysiempresegn lascondicionesderecepcinde lassealesde lossatlites,elGarmin76puedearrojarunasprecisionesentornoalos35m.Estemargensepuedemejorarsisimultaneamoslasmedidasconlarecepcin de las correcciones que se envan mediante GPRS (va telefnica), por ejemplo desdeorganismos oficiales como el ITACyL, que dispone de una red de antenas GPS fijas(http://gnss.itacyl.es/). La utilizacin que le vamos a dar a este aparato en el contexto de las prcticas de estaasignaturavaaserladetomarpuntosdirectamentedelterreno(lindesdeparcelas,lneaselctricas,vasdecomunicacin,etc.)paradespus,mediantelatransmisindeestosdatosdecoordenadasaun ordenador, bien de forma digital con el cable, bien a mano si son pocos puntos, poderconfeccionar planos, perfiles, mediciones, etc. Es muy importante tomar conciencia del errorinherenteenlaposicindeesospuntos,porloqueparalevantarsuperficiespequeas,enlasqueelporcentaje de error sea muy grande, habr que recurrir a otras opciones ms precisas coninstrumentaltopogrficoadecuado.Tambinsedebenobservarlasvariacionesqueseproducenen

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lascotas,tantoporelpropiomtododemedicinGPSdeestosreceptores,elmssencillo,comoporeldiferenteorigendealturasquetieneelsistemaGPSysistemaoficial. El receptor funcionacondospilasalcalinasde1,5vquese recambianensuparte trasera,girando la argolla hacia la izquierda y tirando de ella hacia fuera. El estado de carga de las pilasdeterminaenbuenapartelarapidezdelarecepcindecoordenadas:cuantamayorseaaqulla,msrpidaserlamedicin.5.3.2.Encendidoyajustesiniciales Enprincipioestosajustesvendrnpredeterminadosynosernecesariohacerlos.Perosielreceptor ha estado apagado mucho tiempo es posible que se tengan que volver a introducir.Enciendeel instrumentoen lateclarojaypulsaENTERhastaqueaparezca lapantalladerecepcindesatlites:PulsalatecladeMENUdosveceshastaqueteaparezcaelMenprincipalSeleccionadelmenprincipalAjustarmedianteelbotnmsgrande,quepuedeutilizarsearriba/abajo,derecha/izquierda.En lapestaadeGeneral,desplzatehasta laetiquetade IdiomaypulsaENTER.De los idiomasdisponibles,escogeelEspaol.SubehastalapestaadeHorayeligeanlogamentelasopciones(+1h+2hdependiendodelafechadeverano/invierno) En la pestaa Unidades, escoge metros para las uds lineales y grados numricos para lasdireccionesEnlaspestaaLocalizacin,eligeUTMconsistemaEuropean1950NoesnecesariohacerajustesenAlarmasnienInterface Parasalirdeestapantalla,ascomodecualquierotra,utilizalateclaQUIT.5.3.3.Recibirlasealdelossatlites(Figura52) EnestapantallasevecmoserecibenlossatlitesGPS,tantoenlasbarras(conelnmerodelsatlite)comoenloscrculosdehorizonte(sitalossatlitesentreelhorizonteyelcenit,conuncrculointermediode45sobreelhorizonte).Dependiendodelazona,msomenosdespejada,ydeladisponibilidaddesatlitesenesemomento,comenzarnaaparecermsbarrasdesatlite.Elcolornegrodeestasbarrassignificaqueseestnutilizandoparagestionar lascoordenadas(engris:esttodavaenproceso).

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Figura52.Pantalladelocalizacindesatlites. CuandoapareceelmensajeLocalizacinGPS3Delsatliteesttomandodatosdealmenoscuatro satlites y est listopara almacenar las coordenadas X, Y, Zdelpunto en el que estemossituados. Cuantas ms barras negras, ms satlites recibe y ms precisa ser la medicin. Esconvenienteesperaraqueel receptor tengaunmnimodecuatroocincosatlitesy la lecturadecoordenadas sea estable; o que el error de posicionamiento (en la parte superior derecha de lapantalla)sealomsbajoposible.5.3.4.Almacenar,editaryborrarpuntos(Waypoints) La terminologa anglosajona llamaWaypoints a los puntos que tomamos con el receptor,haciendoreferenciaaquesonpuntosqueluegoseusanpararutasonavegacin,(way,va).Paratomarunpunto:Desde la ventanade satlitespuedes ver tambin las coordenadasdeesepunto.PulsaENTERdurante ms de un segundo y aparecer la ventana de Marcar Waypoint. La posicin ha sidoalmacenada.Puedeseditartantoeltipodesmboloasignadoalpuntocomosunombre.Paraellodesplzateconlateclagrandeaesoscampos,pulsaENTERycambiaelsmboloyelnombredelpunto.DesplzatehastaelbotnOKypulsaENTERparagrabaresoscambios. Paraborrarpuntos: EntraenelmenprincipalpulsandodosveceslatecladeMENUdesdelaventanadesatlites.EscogelaopcinPuntosypulsaENTEREscogeWaypointsypulsaENTERAparecerellistadodepuntosdelamemoriaPulsaMENUyaparecerlaventanadeborrarpuntos,unoauno(borrarwaypoint),otodosalavez(borrartodo)

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Nota importante:elalmacenamientodewaypointsserecomiendacuandohayaquecogermuchospuntos. Cuando se vayan a tomar 15 o 20 puntos solamente, es suficiente con anotar lascoordenadas en un estadillo de campo junto con un croquis de la zona y luego se introducirnmanualmentelospuntosenAutocadoArcGis.5.4.GPSaplicadoalaagriculturadeprecisin Lallamadaagriculturadeprecisinnaceconlaideademejorarlosrendimientosdegrandesparcelas,cuando sedetectaque,bienpor lascondicionesqumicasdel suelo,porelcontenidodeagua,latopografauotrosfactores,seproducendiferenciasdeproducciny/ocalidadenunaszonasyotras.Deesta forma,sehandiseadotecnologasencombinacincon imgenesremotas yGPSquepermitenhacer las tareas agrcolasde formadiferencial a travsdel guiadode los vehculosagrcolas, controlar las cantidadesde semillas, fitosanitarios, abonado; visualizar ymonitorizar encamposobreunmapalastareas,etc. Laagriculturadeprecisin sepodraentendercomo unaagricultura individualizadaaunacierta extensin de terreno, por lo que en primer lugar consiste en hacer un diagnstico de losterrenos de cultivo de forma precisa. En efecto, cada zona concreta tiene su propia produccinunitaria que depende del estado del suelo en nutrientes, de su profundidad y pendiente,disponibilidadde agua, insolacin, etc.;por lo tantono sepuede abonar igual todas las zonasniaplicar fitosanitarios uniformemente, pues redundar en prdidas, contaminacin y efectosindeseados.Seestudiarnesos factoresde formaespacialy sedeterminarn lasdiferentesreas,que sern localizadas y delimitadas en un mapa. A continuacin se establecern criteriosagronmicossobrecadaunaparaaplicardiferentesmodelosdecultivoymanejoyfinalmente,conequipos automticos, se dosificarn diferencialmente la cantidad de semillas, abono, pesticidas,fitosanitarios,riego. Estatecnologasuponeparaelagricultorunamejoraenlaproduccinyunmayorajustedeinversionesenlosproductosagrcolasyelmanejo,conlocualseproduceelretornodelainversinenestasnuevastecnologas.Adems,alargomedioplazo,tambinsepodrestudiarlavariabilidadtemporal,comparandolosmapasdeproduccionesalolargodeltiempo,yseobservarntendenciasderendimiento,necesidades,etc.;pudiendoestablecercorreccionesconmayorposibilidaddexito.Porotro lado,tambinrepercutirenunamejoraambiental,puesseconservarmejorelsuelo,secontaminarmenosyseconsumirmenosagua.Portodoello,tanto, laagriculturadeprecisinseha convertido enunode los fundamentosde la agricultura sostenible,pues respeta ymejora loscultivos,latierrayelagua. LautilizacindelGPSenestecontexto facilita lageorreferenciacinde losdatosagrcolas.Permite, combinado con lamaquinaria agrcola (que llevaunmedidorde volumendeentradadesemilla o carga, Figura 53), la confeccin demapas de rendimientos (Figura 54) con diferenteszonas en la parcela. Tambin permite realizar planos o mapas en combinacin con ortofotos,imgenesyestimacionesdirectas:mapasdeprofundidaddesuelo,detexturas,capacidaddecampoypuntodemarchitez,mapasdemalashierbas;mapasdehumedadde suelo,dependientes,etc.Estosmapasseprocesana lo largodevariascampaasypermitenrealizarelprocesoa la inversa:aplicacinporzonasdedosisdiferentesdefertilizantes(Figura55),semillasoherbicidas;ascomolainstalacin y programacin del riego tambin por zonas o sectores. Para dosificar y aplicar

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automticamente los productos y semillas se utilizan pequeos ordenadores instalados en lamaquinariaqueregulanlasdosisycontrolanlavelocidaddelamisma.

Figura53.Dosificadordeabonadoconectadoalaconsoladelacabina.TomadodeSSIIA

(http://www.ssiia.com/).

Figura54.Mapaderendimientosecodetrigo.Tomadodehttp://www.agriculturadeprecision.org

Reguladoresautomticosdeflujoencosechadoras,M.Braganchinietal.(2010).

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Figura55.OrdenadorconGPSysoftwaredecontroldeinsumosabordodetractor.Tomadodehttp://www.tractordrive.esySSIIA(http://www.ssiia.com/

Estossistemas,unidosaloscadavezmsimplantadosSistemasdeInformacinGeogrficaya la liberacinde lasbasesdedatos cartogrficas, seestndesarrollando rpidamente y sonunatecnologa en constante crecimiento y expansin en agricultura. Son innumerables las casascomerciales que incorporan tanto dispositivos GPS de guiado y toma de datos como deautomatizacin,monitoreoycontroldelmanejoagrcola.