En este post te hablamos del GNSS (Sistema Global de Navegación por Satélite), una tecnología presente en multitud de ámbitos, desde la navegación y la agricultura de precisión hasta la cartografía, la topografía y el monitoreo de infraestructuras.
En el sector de la ingeniería civil, su capacidad para detectar desplazamientos milimétricos en tres dimensiones lo convierte en una herramienta clave para el control estructural y geotécnico.
A lo largo del artículo exploramos sus principales aplicaciones técnicas, qué tipo de datos proporciona y su integración con otras tecnologías, entre otras características. Por supuesto, hacemos especial mención al uso de GNSS de forma conjunta con el InSAR satelital para abordar proyectos de monitoreo más completos y eficientes.
En Detektia ofrecemos consultoría InSAR para identificar deformaciones del terreno y monitoreo de infraestructuras. Facilitamos sistemas de alerta temprana para la toma de decisiones. Entre otros servicios, podemos ayudarte a monitorizar:
Antes de continuar, si te interesa estudiar las posibilidades de combinar GNSS e InSAR, no dudes en ponerte en contacto con nosotros.
¿Qué es el GNSS?
El Sistema Global de Navegación por Satélite o GNSS por sus siglas en inglés (Global Navigation Satellite System) es un conjunto de constelaciones de satélites que transmiten señales usadas para posicionamiento en cualquier parte del mundo. En otras palabras, GNSS es el término general que abarca a todos los sistemas de navegación satelital existentes, tanto los plenamente operativos como los que están en desarrollo.
Los cuatro GNSS globales principales son:
- GPS (Global Positioning System) de Estados Unidos, operativo desde los años 90.
- GLONASS de Rusia.
- Galileo de la Unión Europea.
- BeiDou de China.
El funcionamiento de GNSS a modo general es el siguiente: cada uno de los sistemas mencionados cuenta con decenas de satélites orbitando la tierra y transmitiendo señales de tiempo y datos orbitales. Al mismo tiempo, receptores GNSS en tierra captan las señales de varios satélites y calculan su posición mediante trilateración (medición de distancias) hacia varios de estos satélites. Este sistema permite obtener coordenadas geográficas (latitud/longitud) y altitud con gran exactitud, junto con la referencia temporal.
Gracias al GNSS, un dispositivo puede determinar su ubicación en las tres dimensiones en cualquier momento, 24 horas al día y en cualquier clima, dado que las señales de radio atraviesan nubes y condiciones atmosféricas moderadas.
El GNSS forma parte de nuestra vida cotidiana en más ámbitos de los que imaginamos: permite desde la navegación por carretera hasta la sincronización de redes eléctricas y sistemas financieros. También es esencial para aplicaciones científicas como la vigilancia sísmica, la climatología o la geodesia.
La capacidad de GNSS para ofrecer datos precisos y continuos de localización lo convierte en una herramienta transversal, con un papel cada vez más relevante en sectores que requieren mediciones espaciales fiables, tanto en la superficie terrestre como en el mar y el aire.
En el ámbito de la ingeniería civil y geomática se ha convertido en una herramienta fundamental. Entre otras funcionalidades, permite actividades clásicas de topografía (levantamientos de terreno, replanteos de obra) de forma mucho más eficiente que los métodos tradicionales.
También ha posibilitado sistemas de guiado de maquinaria, control de deformaciones e incluso sincronización de tiempo en redes de sensores.
Un beneficio clave es que los receptores GNSS modernos (incluyendo técnicas diferenciales como RTK o PPP) logran precisiones centimétricas e incluso milimétricas en posicionamiento relativo. Esto abre la puerta a su uso en el monitoreo de deformaciones en estructuras y terrenos, como veremos a lo largo del artículo.
Importancia de la tecnología GNSS en el monitoreo geotécnico, geodésico y topográfico
Tanto en el monitoreo geotécnico como en trabajos topográficos de alta precisión, el GNSS permite obtener datos de desplazamiento fiables en tres dimensiones.
A continuación, repasamos qué tipo de mediciones ofrece esta tecnología y cómo se aplican en distintos contextos técnicos.
Desplazamientos 3D y series temporales de alta resolución
Una estación GNSS instalada para monitoreo registra coordenadas precisas en las tres dimensiones espaciales (X, Y, Z). Al comparar estas coordenadas en el tiempo, se generan series temporales que reflejan desplazamientos acumulados, permitiendo identificar tanto movimientos lentos como deformaciones rápidas o repentinas.
Las series son especialmente útiles en escenarios como subsidencias progresivas, asentamientos diferenciales o movimientos sísmicos. Además, el muestreo puede configurarse en alta frecuencia, incluso cada pocos segundos, lo que hace posible detectar pequeñas variaciones antes de que se traduzcan en fallos estructurales o daños.
Este tipo de series temporales se interpreta a menudo junto con otras variables geotécnicas, como los niveles piezométricos o la deformación interna del terreno, monitorizadas mediante sensores como inclinómetros, piezómetros o extensómetros.
La combinación de estas fuentes de datos permite entender mejor el comportamiento global del sistema y anticipar posibles inestabilidades.
Frecuencia de muestreo y análisis temporal en GNSS
Una cualidad importante es la alta frecuencia temporal de los datos GNSS. Los receptores pueden configurarse para almacenar posiciones cada cierto intervalo según la necesidad: 1 segundo, 1 minuto, 1 hora…
En monitoreo estructural, a veces se usan frecuencias de varios Hz para capturar vibraciones o movimientos dinámicos.
En monitoreo de terreno, lo común es registrar posiciones cada 5-15 minutos o cada hora, y luego procesarlas para obtener desplazamientos diarios.
Gracias al GNSS, se puede generar un historial continuo del movimiento de un punto. Esto permite detectar tanto tendencias lentas como episodios súbitos:
- Movimientos lentos: tendencias de deformación de muy baja velocidad, e.g. un terreno que se hunde 2 mm al mes (lo cual suma ~24 mm al año). GNSS puede detectar esa pequeña variación acumulándose en su serie temporal con claridad, distinguiéndola del ruido. Es ideal para fenómenos como subsidencias por extracción de agua, consolidación de arcillas, etc.
- Movimientos rápidos o repentinos: eventos donde en minutos o segundos ocurre un desplazamiento apreciable. Por ejemplo, un colapso en un talud que cede 5 cm de golpe, o la vibración de un puente durante un terremoto (con desplazamientos transitorios de algunos centímetros). Un GNSS configurado con muestreo rápido capturará esos cambios instantáneos en sus datos brutos. Incluso aunque la frecuencia no sea muy alta, un cambio repentino quedará registrado como un salto entre dos épocas de medición sucesivas.
Las series temporales GNSS así obtenidas suelen analizarse para entender el comportamiento: se pueden filtrar variaciones diurnas (por temperatura), señal vs ruido, etc. Cuando se instala una red de múltiples estaciones GNSS, es posible también diferenciar movimiento relativo (unas estaciones respecto a otras).
Por ejemplo, en un valle con subsidencia, una estación GNSS en zona estable (roca firme) puede servir de referencia para restar movimientos tectónicos o globales, y enfocarse en el movimiento relativo de las estaciones dentro de la cuenca hundida.
¿Qué precisión puede alcanzar el GNSS y cómo se interpreta?
En cuanto a precisión, los sistemas GNSS de precisión geodésica logran niveles de milímetros a centímetros.
Usando métodos avanzados como RTK, redes de estaciones de referencia o post-procesamiento estático, es posible obtener posiciones relativas con error de apenas ~2–5 mm en horizontal y ~5–10 mm en vertical.
Cambios de unos pocos milímetros pueden identificarse en periodos diarios o semanales, y deformaciones de mayor magnitud (centimétricas) son detectadas fácilmente en tiempo real.
Aunque múltiples factores pueden influir en la precisión alcanzable como la calidad del equipo (antena y receptor), la geometría de satélites visible, las correcciones aplicadas o las condiciones locales, con configuraciones óptimas, se puede llegar a precisiones sub-centimétricas.
Estudios comparativos con técnicas independientes han confirmado que el GNSS ofrece mediciones confiables. Por ejemplo, al comparar datos de estaciones GNSS continuas con mediciones de nivelación de alta precisión o con otras técnicas, suelen obtenerse diferencias del orden de pocos milímetros.
Limitaciones: cobertura puntual y necesidad de infraestructura
A pesar de sus virtudes, el GNSS no está exento de limitaciones en el monitoreo geotécnico:
- Cobertura espacial limitada: cada receptor GNSS cubre únicamente su ubicación inmediata. Si se desea monitorear un área extensa (por ejemplo, todos los barrios de una ciudad con posible subsidencia, o todo el talud de una montaña), instalar decenas o cientos de estaciones GNSS es poco práctico. En general, GNSS se utiliza en puntos críticos seleccionados (p. ej., la zona de máxima deformación esperada, o una estructura particularmente sensible). Esto deja huecos espaciales: fenómenos que ocurran lejos de los puntos instrumentados podrían pasar desapercibidos.
- Requiere instalación física y mantenimiento: A diferencia de las técnicas remotas, GNSS implica colocar equipos en campo. Esto conlleva costos de instalación (obras civiles para bases estables, protección anti-vandalismo, suministro eléctrico mediante panel solar o baterías, comunicaciones para transmisión de datos). Además, debe procurarse el mantenimiento: limpiar antenas, verificar calibraciones, reemplazar componentes dañados, etc. En entornos hostiles o remotos, mantener estaciones GNSS operativas puede ser un reto logístico.
- Visibilidad de satélites: El GNSS necesita una “vista” relativamente despejada del cielo. En cañones profundos, zonas muy arboladas, o túneles, la recepción de satélites puede ser insuficiente. Por ello, a veces no es viable instalar GNSS en el fondo de un deslizamiento muy encajonado (en tal caso se recurre a reflectores de prisma para estaciones totales robotizadas, u otras soluciones). También las interferencias de radio o jamming pueden degradar la señal GNSS en ciertos lugares.
- Tiempo de inicialización: Aunque los datos son continuos, lograr la solución de máxima precisión puede tomar cierto tiempo (segundos a minutos para fijar ambigüedades de fase en RTK, o horas de datos para posprocesamiento estático). Esto implica que el GNSS no siempre detecta instantáneamente un cambio en el primer segundo, sino que mejora su precisión con la constancia de observaciones. Sin embargo, para fines prácticos de monitoreo, esto no suele ser un problema significativo dada la naturaleza relativamente gradual de muchas deformaciones.
En conclusión, el GNSS en monitoreo geotécnico “mide” esencialmente la posición precisa de puntos a lo largo del tiempo, lo que se traduce en desplazamientos 3D y tasas de deformación.
El gran valor de esta tecnología está en la precisión milimétrica, la cobertura temporal continua y la capacidad de detectar movimientos en cualquier dirección. Pero su alcance espacial se limita a donde tengamos receptores instalados. Por eso es habitual combinar GNSS con otras técnicas que cubran el panorama global.
Monitoreo estructural con GNSS
Las estructuras civiles de gran escala – como presas, edificios, taludes, puertos – requieren un control periódico de su estabilidad. La instrumentación GNSS permanente es una solución adoptada en muchos proyectos para detectar desplazamientos o inclinaciones con alta precisión.
Es común el uso de antenas GNSS en puntos claves de un puente para medir cualquier movimiento bajo cargas de tráfico, dilataciones térmicas o efectos sísmicos. También en edificios altos susceptibles a asentamientos diferenciales ya que permite registrar desplazamientos milimétricos a lo largo del tiempo.
La tecnología GNSS RTK (cinemática en tiempo real) es especialmente útil en estos casos, ya que proporciona coordenadas corregidas en tiempo real con precisión centimétrica o milimétrica. Esto ha convertido a GNSS en una herramienta ideal para monitorear activos de infraestructura críticos.
Las soluciones actuales de GNSS permiten detectar deformaciones sutiles en puentes, rascacielos o presas con la anticipación suficiente para tomar medidas preventivas.
Por ejemplo, un sistema GNSS puede alertar de que un puente está experimentando una flecha (hundimiento) ligeramente mayor de lo esperado tras un evento extremo, permitiendo inspecciones antes de que ocurra un fallo mayor.
En presas, es común colocar estaciones GNSS en la coronación para controlar asentamientos o desplazamientos de la estructura a medida que varía el nivel del agua. En todos estos casos, GNSS aporta datos constantes y confiables sobre la posición 3D de la estructura monitorizada.
Aunque el GNSS permite mediciones muy precisas en puntos clave, como menciona con anterioridad, su alcance se limita únicamente a los lugares donde ha sido instalado. Esto implica que cualquier deformación fuera de esos puntos puede pasar desapercibida, especialmente en estructuras extensas como presas o viaductos. Además, su instalación física conlleva costes y mantenimiento, y puede no ser viable en zonas de difícil acceso o riesgo. Como te mostraré un poco más abajo, combinar GNSS con tecnologías de observación remota como el InSAR puede solventar estas carencias.
Monitoreo de deformaciones del terreno
Otra aplicación crítica del GNSS en el ámbito civil es el monitoreo geotécnico del terreno, que incluye fenómenos como la subsidencia (hundimiento) de suelos, deslizamientos de ladera, inestabilidad de taludes en infraestructuras lineales etc.
Mediante la instalación de receptores GNSS sobre el terreno de interés se pueden medir desplazamientos en la superficie terrestre en los tres ejes (X, Y horizontal, y Z vertical) con altísima precisión.
En zonas de subsidencia del terreno el uso de redes GNSS para cuantificar la tasa de hundimiento año tras año está más que justificado. En otro artículo del blog se mencionaba el fenómeno de subsidencia extrema que está sufriendo Irán por la extracción de agua de sus acuíferos, y es que la extracción de agua subterránea o de petróleo son escenarios en los que tecnología GNSS cobra especial importancia.
En zonas montañosas con riesgo de deslizamientos, es común poner estacas con receptores GNSS en la parte superior e inferior de la ladera: si la ladera comienza a moverse milímetros o centímetros, GNSS lo detectará en sus series temporales.
Exprimiendo al máximo el dato GNSS, integración con InSAR satelital
Lejos de ser tecnologías excluyentes, GNSS e InSAR a menudo se utilizan de forma complementaria en proyectos de monitoreo.
Dado que cada técnica tiene fortalezas y debilidades distintas, su combinación inteligente permite obtener un sistema de vigilancia mucho más robusto y completo. A continuación, exploramos la complementariedad de GNSS e InSAR y ejemplos de integración en distintos escenarios de la ingeniería civil.
Complementariedad de GNSS e InSAR
Los sistemas GNSS proporcionan mediciones de desplazamiento muy precisas, pero solo en un número limitado de puntos instrumentados (y requieren trabajo de campo).
Por otro lado, la Interferometría SAR satelital (InSAR) permite obtener miles de puntos de medición de deformación sobre una amplia área, sin necesidad de instalar nada en terreno.
El uso combinado de GNSS e InSAR es claro: GNSS aporta precisión puntual y datos continuos, mientras que InSAR aporta cobertura areal histórica. La integración de ambas técnicas busca superar los límites de cada una.
Al combinar las dos fuentes obtenemos diferentes ventajas relevantes:
- Podemos usar los puntos GNSS como referencias de calibración para los mapas InSAR. Por ejemplo, los mapas de desplazamiento InSAR inicialmente son “relativos” (un punto de referencia asumido). Si tenemos estaciones GNSS en la zona, podemos ajustar el nivel de cero de los mapas InSAR para que coincidan con los valores absolutos medidos por GNSS. Así obtenemos deformaciones absolutas en un marco común.
- A la inversa, los datos InSAR ayudan a validar y extrapolar las lecturas GNSS. Si un GNSS detecta un asentamiento de 10 mm en un punto, los pixeles InSAR circundantes deben reflejar un patrón coherente con ese movimiento (quizá 9 mm, 10 mm, 8 mm en los píxeles cercanos). Si el GNSS falla o sufre un error, InSAR puede delatarlo al no mostrar nada alrededor. Asimismo, InSAR permite ver dónde más alrededor de un GNSS está sucediendo deformación: quizá el GNSS esté en el centro de un hundimiento, pero el mapa satelital revela la extensión completa de la zona afectada.
- GNSS aporta la componente tridimensional del movimiento que InSAR por sí sola no puede resolver completamente. La técnica InSAR estándar mide deformación en la línea de visión (LOS) del satélite, que es una combinación oblicua de vertical y horizontal. Con datos de satélite en dos órbitas (ascendente y descendente) se pueden derivar dos componentes (vertical y Este-Oeste), pero no la Norte-Sur. Aquí, los GNSS locales (que dan X, Y, Z) completan la información, permitiendo reconstruir la deformación 3D real del fenómeno. Esto es clave en, por ejemplo, deslizamientos complejos en que el movimiento tiene componente norte-sur apreciable.
- InSAR brinda densidad de puntos y contexto histórico. Donde quizá solo tengamos 3 GNSS instalados, un satélite Sentinel-1 puede dar miles de puntos (pixeles estables) con series de tiempo de desplazamiento que incluso se remontan a 2014 (inicio de la misión). Esta profundidad temporal sirve para analizar la evolución previa a la instalación de instrumentos en tierra.
Además, integrar ambas tecnologías aumenta la confiabilidad del monitoreo: si ambas técnicas (independientes en medición) coinciden en la detección de un desplazamiento anómalo, la certeza del hallazgo es mucho mayor.
La combinación de GNSS e InSAR permite unir la precisión milimétrica y continua en puntos clave del GNSS con la cobertura espacial amplia y retrospectiva del InSAR, logrando un monitoreo más completo, robusto y eficaz frente a deformaciones del terreno o estructuras.
Comparativa GNSS vs InSAR
La siguiente tabla resume las diferencias fundamentales entre GNSS e InSAR en el contexto de monitoreo de deformaciones, resaltando por qué son tecnologías complementarias y no competitivas entre sí:
| GNSS (estaciones terrestres) | InSAR (satélites radar) |
| Puntual (cada receptor mide un punto). Requiere instalación in situ. | Amplia (miles de puntos en grandes áreas si hay buena reflectividad). |
| Milimétrica en X, Y, Z (con RTK/estático). Absoluta y relativa muy alta. | Milimétrica a centimétrica en deformaciones relativas (LOS). Necesita calibración para valores absolutos. |
| Muy alta/continua (datos en tiempo real, muestreo hasta varias veces por segundo si necesario). | Depende del satélite: típica entre 6 y 12 días por nueva medida (Sentinel-1 ~6 días). Series históricas desde 2014 en algunos casos. |
| Cualquier dirección (3D completo). Detecta movimientos lentos y rápidos (incluso vibraciones, eventos súbitos). | Principalmente movimientos lentos o graduales acumulados entre pases. Movimientos muy rápidos pueden causar pérdida de coherencia. Sensible solo a componente en dirección de vista del radar. |
| Monitoreo detallado de puntos críticos, control en tiempo real, referencia para calibración. Ideal para estructuras individuales, validación de otras técnicas. | Monitoreo extensivo/regional, detección de zonas deformadas desconocidas, seguimiento de patrones generales. Ideal para screening inicial y cobertura donde no hay sensores terrestres. |
GNSS ofrece precisión milimétrica en puntos concretos, mientras que InSAR aporta cobertura espacial amplia para detectar deformaciones en superficie.
Uso de GNSS con otrsas fuentes de datos
¿Tiene sentido la integración del dato GNSS con otras fuentes de datos? GNSS se ha consolidado como pieza clave en los sistemas de monitoreo estructural y geotécnico modernos, y su integración no se limita solo al InSAR. Aunque la combinación GNSS–InSAR destaca por su complementariedad espacial y temporal, existen otras integraciones relevantes que también mejoran la interpretación y la toma de decisiones, como veremos a continuación.
Drones fotogramétricos o LiDAR
Los vehículos aéreos no tripulados equipados con cámaras o láser escáner utilizan GNSS (a menudo junto con sistemas inerciales) para georreferenciar con precisión sus modelos 3D. De este modo, un dron puede generar mapas de deformación o nubes de puntos de un talud y compararlos en el tiempo, mientras que el GNSS asegura que esas mediciones estén ancladas a coordenadas reales.
La combinación de fotogrametría 3D con puntos de control GNSS permite detectar cambios geométricos en una estructura con exactitud centimétrica.
Instrumentación geotécnica local
Ya hemos mencionado esta posibilidad a lo largo del artículo. Tecnologías como inclinómetros (que miden inclinación), extensómetros (miden apertura de grietas) o piezómetros (nivel freático) proporcionan información muy puntual en profundidad o en puntos críticos.
Integrar estos sensores con GNSS es muy útil: por ejemplo, un inclinómetro en un terraplén podría indicar una deformación interna, mientras que receptores GNSS en superficie confirman si el terreno en superficie se desplaza correlacionadamente.
En varios proyectos se usan inclinómetros, piezómetros o extensómetros combinados con InSAR y GNSS, de forma que los datos satelitales se validan con mediciones directas en el subsuelo, logrando un monitoreo multiescalar.
Para cubrir áreas amplias o miles de puntos de interés sería inviable (o extremadamente costoso) llenar todo de antenas GNSS. Aquí es donde entran a apoyar las tecnologías satelitales de observación remota, en especial la interferometría radar InSAR mencionada anteriormente.
Sí, podemos Ayudarte a integrar el dato GNSS con InSAR
Aunque en Detektia no instalamos estaciones GNSS, colaboramos integrando datos GNSS proporcionados por el cliente o haciendo uso de aquellas ya existentes como las redes geodésicas para reforzar así nuestros análisis.
De este modo se logra un monitoreo multifuente, donde las alertas tempranas se emiten con mayor confianza al estar respaldadas por ambas tecnologías.
Si quieres que analicemos tu caso y estudiemos las posibilidades de colabración, puedes ponerte en contacto con nostros haciendo click aquí.
Bibliografía y atribuciones
- An Integrated InSAR and GNSS Approach to Monitor Land Subsidence in the Po River Delta (Italy).
- Sentinel-1: Applications and Capabilities, ESA (European Space Agency).
- Sistema global de navegación por satélite, Wkipedia.
- Integrated PSInSAR and GNSS for 3D Displacement in the Wudongde Area.
- Foto de portada: Karlbrix, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GNSS_antenna.jpg.
- Figura 1: 国土交通省国土地理院, CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0, via Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GNSS-based_control_station_in_Minami-Tori-shima.jpg.
- Figura 2: Wickey, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GNSS_receiver_Hoogengraven.jpg.
- Figura 3: Alpsdake, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GNSS-based_control_station_(Toba).jpg.
- Figura 4: SweetCanadianMullet, CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0, via Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surveyor_Using_GNSS_Receiver_with_RTK_Solution.jpg.
- Figura 5: Barbariandeagle, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons.
