Ley Ray Baum y E911

En marzo de 2018, el Congreso de los Estados Unidos aprobó la Ley Ray Baum con el objetivo de garantizar que los servicios de emergencia puedan responder rápidamente, independientemente de que la persona que llame utilice un teléfono fijo, móvil, VoIP u otras tecnologías.  A partir de 2022, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) también adoptó directrices y métricas con el objetivo de proporcionar datos a nivel de piso para las llamadas al E911¹. El impacto de estas normativas es que las empresas que fabrican teléfonos, tabletas, relojes inteligentes y otros productos con capacidad de voz están migrando hacia la incorporación de sensores de presión más precisos, que pueden detectar cambios de altitud midiendo la presión del aire.

Presión atmosférica frente a altitud

La presión atmosférica tiene una relación directa con la altitud. En pocas palabras, cuanto más densa sea la masa de aire sobre nosotros, mayor será la presión que se ejerce. El uso de sensores de presión para detectar el nivel del piso suele asociarse a la automatización de edificios y a los sistemas de ascensores.

Figura 1: Relación entre la presión atmosférica y el nivel del piso. (Fuente de la imagen: STMicroelectronics)

Los sensores miden los cambios en la presión atmosférica a medida que los ascensores se desplazan entre pisos. A medida que el ascensor sube, la presión del aire disminuye porque hay menos atmósfera sobre el sensor.

Los desafíos de cumplir los nuevos requisitos

Para pequeños cambios de altitud, la relación entre la presión atmosférica y la altitud es lineal, como se muestra en la Figura 2. En condiciones ideales a temperatura ambiente, la presión varía aproximadamente 1 mbar por cada 25.8 pies, o unos 0.5 mbar por piso en un edificio típico de gran altura.

Figura 2: Relación entre la presión atmosférica y la altitud. (Fuente de la imagen: STMicroelectronics)

Sin embargo, en la práctica, el uso de la presión atmosférica para la detección a nivel del piso plantea dos problemas principales.  En primer lugar, la precisión del sensor en todo el rango de presiones y temperaturas de operación. En segundo lugar, cómo compensar las variaciones de presión debidas a condiciones locales como el clima, la temperatura, las turbulencias de aire, etc.

Precisión de los sensores

Durante la última década, los sensores de presión MEMS han logrado avances significativos en la mejora de la precisión y la estabilidad en todas las condiciones de operación.  En la actualidad, los sensores de presión están equipados con compensación de temperatura integrada y los fabricantes de chips han intensificado las operaciones de calibración en fábrica para mejorar la precisión y estabilidad de los sensores de presión a lo largo del tiempo y la temperatura.

Esto se refleja en la Tabla 1, que compara los primeros sensores de presión MEMS con el sensor de presión absoluta LPS22DF de última generación:

Tabla 1: Parámetros clave de los sensores de presión antiguos y modernos.

El LPS22DF presenta un diseño MEMS avanzado que reduce significativamente la deriva y acelera la recuperación después de la soldadura. Además, su diseño proporciona estabilidad a largo plazo al limitar la deriva con el paso del tiempo. Los sensores de presión modernos, como el LPS22DF, pueden detectar de manera fiable los cambios en el nivel del piso.

Clima local

Las condiciones meteorológicas, especialmente los cambios diarios de temperatura y humedad, pueden afectar significativamente la presión atmosférica del aire. En un día cualquiera, la presión barométrica puede cambiar el equivalente a varios niveles de piso en unas pocas horas. En el siguiente ejemplo, el cambio de presión barométrica de 3 mbar equivale a más de 78 pies de cambio de altitud.

Figura 3: Presión atmosférica horaria en Nueva York4. (Fuente de la imagen: https://barometricpressure.app/new-york)

Clima y compensación de la presión local

La compensación del clima implica la implementación de la calibración y el ajuste continuo de las lecturas de presión en función de los datos de presión atmosférica en tiempo real.

Figura 4: Calibración y compensación de las condiciones meteorológicas cambiantes. (Fuente de la imagen: STMicroelectronics)

Empresas como NextNav³ ofrecen algoritmos sofisticados y técnicas de fusión de sensores para compensar los factores externos. Pinnacle® de Nextnav es un sistema que ofrece un posicionamiento vertical preciso "a nivel del piso" para aplicaciones de geolocalización, aprovechando los sensores barométricos.  Además, la empresa ha desplegado una red de servidores gestionados y estaciones de referencia que cubren áreas metropolitanas enteras, proporcionando una cobertura completa del eje z en entornos urbanos.

Nextnav también está trabajando para mejorar la calidad y precisión de los sensores de presión barométrica a través del programa "NextNav Certified". En colaboración con los fabricantes de dispositivos, NextNav desarrollará un plan de prueba específico para el modelo de sensor y evaluará los resultados de la prueba según el marco de referencia acordado. Tras la certificación final, Nextnav emite una carta de certificación para demostrar el cumplimiento de las normas NextNav Certified. Gracias a las mejoras significativas en la precisión absoluta y la arquitectura de baja deriva, el LPS22DF es el primer sensor de presión de ST en recibir la Certificación NextNav².

Conclusión

A partir de 2022, los organismos reguladores han exigido que todos los sistemas con capacidad de voz cumplan los requisitos establecidos por la Ley RAY BAUM y la FCC. Los fabricantes de teléfonos, tabletas, relojes inteligentes y otros dispositivos IoT con capacidad de voz están integrando sensores de presión más precisos para cumplir las nuevas normas. Empresas externas como NextNav ofrecen servicios de certificación, así como soluciones de software y hardware para lograr la precisión vertical requerida. Además de servicios como Enhanced 911, hay muchas otras aplicaciones que aprovecharán estas nuevas capacidades de hardware y software.

Referencias

1. Localización de llamadas al 911: https://www.fcc.gov/911-dispatchable-location
2. LPS22DF, el primer sensor de presión de ST que recibe la certificación NextNav gracias a sus capacidades únicas: https://blog.st.com/lps22df-nextnav/
3. NextNav añade nuevas dimensiones a la geolocalización: www.nextnav.com
4. Previsión e historial de la presión barométrica en Nueva York: https://barometricpressure.app/new-york
5. Sensores de presión barométrica LPS001WP y LPS331AP: LPS001WP - Sensor de presión MEMS, barómetro digital de salida absoluta 300-1100 mbar - STMicroelectronics