Por que o GPS non funciona baixo terra

Calquera que baixase a un andén co móbil na man viuno: o punto azul do mapa queda quieto, comeza a saltar ou desaparece. É unha molestia menor cando buscas unha saída. É un problema serio cando diso depende saber onde está o equipo de vixilancia que ten que atender unha incidencia.

Este artigo explica que ocorre exactamente, por que o problema é peor do que parece e que alternativas hai.

Un cronómetro a vinte mil quilómetros

O GPS —e os seus equivalentes Galileo, GLONASS ou BeiDou— non é un sistema de posicionamento, é un sistema de cronometraxe. Cada satélite emite continuamente un sinal que di, en esencia, «son o satélite número tal e isto emitino neste instante exacto». O receptor compara ese instante co seu propio reloxo, calcula canto tardou o sinal en chegar, multiplícao pola velocidade da luz e obtén unha distancia. Con catro satélites á vista, resolve un sistema de ecuacións e sabe onde está.

Todo depende dunha condición: ver os satélites. E aí está o problema, porque eses sinais chegan á superficie terrestre cunha potencia ridícula, da orde de −130 dBm. Son sinais que xa percorreron vinte mil quilómetros e que chegan máis débiles que o ruído térmico de fondo do propio receptor. O truco que fai funcionar o GPS é que o sinal está codificado de forma que se pode recuperar por correlación aínda estando enterrado en ruído.

Pero ese truco ten un límite. Un teito de formigón armado atenúa o sinal entre 20 e 30 dB. Dúas plantas baixo terra, con vigas metálicas e unha estrutura de estación polo medio, atenúano tanto que xa non hai nada que correlacionar.

O que fai o teléfono cando queda sen satélites

Aquí vén a parte que máis dano fai nun contorno operativo, e que rara vez se explica.

O teléfono non di «non sei onde estou». Segue devolvendo unha posición. Faino porque o sistema operativo combina varias fontes e, cando o GPS deixa de achegar, apóiase nas que quedan:

• A última posición coñecida, que pode ser de hai dez minutos e da entrada da estación.
• A rede de telefonía móbil, triangulando por cela. Con erros que en contorno urbano denso poden ser de centos de metros.
• Bases de datos de redes Wi-Fi visibles, que sitúan o dispositivo segundo que puntos de acceso detecta. Baixo terra adoitan ser puntos de acceso da propia estación, que nesas bases de datos figuran mal ou non figuran.

O resultado é unha posición plausible, presentada coa mesma aparencia que unha posición boa. E ese é o problema real: un centro de control que ve un punto nun mapa non ten forma de saber se ese punto vale algo.

Se un sistema che di que o teu axente está no vestíbulo cando en realidade está no andén de sentido contrario, tomaches unha decisión sobre datos falsos, e con máis confianza que se non tiveses dato ningún.

As alternativas, ordenadas polo que custan

Cando o satélite non chega, hai que medir contra algo que si estea aí abaixo. As opcións redúcense a catro familias, e a diferenza entre elas non é tanto de precisión como de infraestrutura que esixen.

Balizas UWB

A banda ultralarga é a referencia en precisión: entre 10 e 30 centímetros en condicións razoables. Funciona medindo tempo de voo con pulsos moi curtos, o que a fai bastante inmune ao multitraxecto.

O prezo é a infraestrutura. Fan falta áncoras cableadas e alimentadas, distribuídas por todas as zonas que se queiran cubrir, e unha etiqueta activa en cada persoa ou obxecto que se queira localizar. Nun almacén ou nunha fábrica é asumible. Nunha rede de metro en explotación significa proxecto de obra, permisos, traballo en xanela nocturna e meses de calendario.

Bluetooth con ángulo de chegada

O BLE con AoA rebaixa o custo por punto respecto de UWB e ofrece precisións submétricas. Segue necesitando locators instalados por zona e segue necesitando unha etiqueta ou un dispositivo emisor na persoa.

Wi-Fi por potencia de sinal (RSSI)

Esta é a opción que non require hardware novo, e por iso leva vinte anos intentándose. A idea é estimar a distancia a cada punto de acceso segundo o forte que chegue o seu sinal.

O problema é que a potencia recibida depende de demasiadas cousas que non son a distancia: o modelo de teléfono, a orientación da antena, se o aparello vai na man ou no peto, canta xente hai arredor e que obstáculos hai polo medio. Dous teléfonos distintos no mesmo punto poden dar lecturas moi diferentes. Para compensalo hai que facer fingerprinting: percorrer o recinto enteiro tomando mostras e construír un mapa de radio. Que hai que refacer cada vez que se move un punto de acceso ou se cambia o mobiliario.

Os erros típicos cóntanse en decenas de metros. Nunha estación, iso non distingue nin a planta.

Wi-Fi por tempo de voo (RTT/FTM)

É a que cambia o enfoque. Desde 2016, o estándar IEEE 802.11mc incorpora o protocolo FTM (Fine Timing Measurement), que permite a un terminal e a un punto de acceso intercambiar unha rafaga de tramas e medir o tempo de ida e volta con precisión de nanosegundos.

Como o sinal viaxa á velocidade da luz, ese tempo é unha distancia. E a diferenza do RSSI, o tempo non depende de como suxeites o teléfono.

O importante para un operador de transporte: non fai falta instalar nada. Os puntos de acceso xa están montados nas estacións —despregáronse para dar servizo a viaxeiros ou para uso interno— e moitos deles só necesitan que se lles active a función. E o dispositivo que mide é o teléfono corporativo que o axente xa leva enriba. Android expón esta capacidade de forma nativa desde Android 9.

Por que a cifra realista é 5-10 metros, e non 1-2

A literatura académica reporta 1 ou 2 metros de erro para Wi-Fi RTT. Esa cifra é real, pero corresponde a condicións de liña de visión directa: o terminal e o punto de acceso vense sen nada polo medio.

Un andén non é iso. Hai columnas, hai carteis metálicos, hai un tren parado que ocupa media estación e hai paredes paralelas que devolven ecos. Cando o sinal non chega en liña recta senón rebotado —o que se chama NLOS, sen liña de visión—, percorreu máis camiño do que hai en liña recta, así que a medida de tempo sae maior e o sistema cre que estás máis lonxe do que estás.

E o erro non é aleatorio: é nesgado. Sempre cara ao mesmo lado, nunca compensándose entre medidas.

Por iso un sistema serio para este contorno non pode quedar na medida crúa. Necesita tres capas máis:

1. Detectar as medidas malas. O perfil dun sinal rebotado ten trazos identificables. Esas medidas márcanse e perden peso, en lugar de entrar no cálculo coma se fosen boas.
2. Filtrar con memoria. Un filtro probabilístico arrastra o estado anterior, de modo que un pico illado non teletransporta ninguén trinta metros.
3. Usar o plano. E esta é a máis potente das tres.

O plano da estación é información gratis

Un sistema de localización xenérico trata o espazo como unha superficie continua onde o usuario pode estar en calquera punto. Unha estación de metro non se parece nada a iso: é un grafo estreito e moi restrinxido. Andén, vestíbulo, corredor de correspondencia, escaleira, túnel. A xente non atravesa muros nin camiña pola vía.

Meter esa restrición dentro do estimador —o que en navegación se chama map-matching— ten un efecto que sorprende a primeira vez que se ve: o erro operativo acaba sendo menor que o erro xeométrico das medidas individuais. Aínda que unha medida concreta falle por doce metros, se eses doce metros apuntan cara a dentro dun muro, o sistema sabe que a posición non pode ser esa e corríxea cara ao espazo transitable máis probable.

Coas tres capas aplicadas, 5 a 10 metros en estación é unha cifra que aguanta unha campaña de medición. E na topoloxía dun andén, cinco metros separan andén de vestíbulo e dez separan un sentido de circulación do outro.

Entón, 5-10 metros serve para algo?

Depende de para que. Para guiar un robot por un almacén, non. Para coordinar unha incidencia nunha estación, sobra.

Ninguén nun centro de control necesita saber sobre que baldosa está o seu axente. Necesita saber a que punto mandar o apoio, por que acceso entra e cal dos equipos dispoñibles chega antes. Para iso, a diferenza entre saber a zona e non saber nada é enorme; a diferenza entre sete metros e setenta centímetros, irrelevante.

E hai unha segunda metade do problema que a precisión fina tampouco resolve: reconstruír despois que pasou. Quen chegou primeiro, canto tardou, por onde entrou. Sen rexistro, iso é a palabra de cada un.

Para seguir lendo

En Localización indoor con Wi-Fi RTT está a explicación técnica completa: o protocolo FTM, a detección de NLOS, o axuste ao plano e a folla de ruta cara a IEEE 802.11az.

Referencias

• Dai, J., Wang, M., Wu, B., Shen, J. e Wang, X. (2023). A survey of latest Wi-Fi assisted indoor positioning on different principles. Sensors, 23(18), 7961.
• Cao, H. et al. (2024). LOS compensation and trusted NLOS recognition assisted WiFi RTT indoor positioning algorithm. Expert Systems with Applications, 243, 122867.
• Android Open Source Project (2025). Wi-Fi RTT (IEEE 802.11mc, IEEE 802.11az).