Intencj¹ niniejszych stron jest zaprezentowanie wybranych informacji

Intencj¹ niniejszych stron jest zaprezentowanie wybranych informacji

Roch Wróblewski ([email protected])
GPS w praktyce
Cz. 1. Co pokazuje nasz odbiornik?
Cykl GPS w praktyce popularyzuje informacje praktyczne, pomagające lepiej wykorzystać wszystkie
możliwości odbiornika GPS w nawigacji jachtowej. Informacje techniczne zostały ograniczone do minimum,
gdyż zainteresowani mogą je znaleźć w wydanych w języku polskim innych pozycjach, nie są one zresztą
potrzebne w codziennej praktyce. Zakładamy, że Czytelnik zna swój odbiornik i wie, jak go obsługiwać a
także, że zna nawigację i nie ma potrzeby wyjaśniania zagadnień z tej dziedziny. Dla przyswojenia sobie
specyficznej terminologii z jaką spotka się użytkownik GPS używane są typowe skróty, których znajomość
ułatwia zrozumienie wyświetlanej na ekraniku informacji.
W pierwszej części cyklu zostaną opisane podstawowe pojęcia (żartobliwie nazywane GPSpeak), których
dostarcza nasz odbiornik. Aby je prawidłowo wykorzystać, niezbędne jest zrozumienie dokładności tych
wskazań oraz niektórych źródeł błędów. Przedyskutujemy też sposób ich zapisywania.
W drugim odcinku zostanie opisane wykorzystanie odbiornika GPS do prowadzenia nawigacji według
punktów drogi i trasy, a także możliwości użycia w miejscach trudnych nawigacyjnie. Trzeci odcinek
poświęcony będzie bardziej złożonym zastosowaniom: podczas halsowania i w żegludze na pływach.
Podstawowe pojęcia
Przeciętny użytkownik wykorzystuje odbiornik GPS najczęściej tylko do określenia pozycji, kąta drogi i
prędkości. Wielkości te zazwyczaj oznaczane są następująco: TRK (Track; COG, GT): chwilowy kąt drogi
nad dnem oraz SPD (Speed Over Ground; SOG): prędkość nad dnem. Pozycja wyświetlana jest w różnych
formatach (w zależności od wyboru użytkownika).
Pozycja, kąt drogi i prędkość
ϕ = 54o39.2'N
λ = 18o30.9'E
TRK
SPD
..... i na tym najczęściej poprzestajemy
Zrozumienie niektórych wskazań odbiornika GPS związane jest z pojęciem punktu drogi (WPT).
'Go To' punktu drogi
Trasa punktów drogi
WPT1
WPT3
Punkt
startowy
Punkt
docelowy
Punkt startowy
(moment aktywacji
GO TO)
Punkt
docelowy
WPT
WPT2
WPT4
Aktywny
odcinek trasy
Aktywny
odcinek trasy
Punkty drogi (WPT) mogą być stosowane pojedynczo w trybie ‘Go To WPT’; dwa lub więcej punkty można
też ułożyć w tzw. trasę punktów drogi. W pobliżu naszej aktualnej pozycji znajduje się aktywny odcinek
trasy – ten, który właśnie wykorzystujemy do prowadzenia nawigacji.
1
Roch Wróblewski ([email protected])
WPT2
WPT2
XTE
DTK
Aktywny
odcinek
trasy
BRG
TRN
TRK
Aktywny
odcinek
trasy
DST
VMG
SPD
CMG
WPT1
WPT1
Najczęściej wykorzystywane wielkości to: pozycja, TRK, SPD, DST, BRG i XTE (ich znaczenie wyjaśnione
jest w tabeli). W praktyce, często wykorzystywanym ekranem jest ekran nawigacyjny w postaci ‘autostrady’.
Należy w miarę możliwości tak skonfigurować ten ekran, aby wyświetlać na nim najbardziej pożyteczne
informacje. Należy też opanować sposób przełączania na ekrany, pokazujące pozostałe informacje w miarę
potrzeby.
Pozostałe pojęcia są przede wszystkim wykorzystywane w nawigacji według punktów drogi.
BRG (Bearing)
namiar na punkt docelowy z bieżącej pozycji
CMG (Course Made Good)
namiar od punktu startowego do bieżącej pozycji
CTS (Course to Steer)
sugerowany kurs minimalizujący XTE
DST (Distance; RNG, DTG, DIS)
odległość od bieżącej pozycji do punktu docelowego
DTK (Desired Track)
KDD pomiędzy punktami: startowym i docelowym
ETA (Estimated Time of Arrival
godzina przybycia do punktu docelowego
ETE (Estimated Time Enroute)
czas na dopłynięcie do punktu docelowego
SPD (Speed Over Ground; SOG)
prędkość nad dnem
TRIP (Trip Odometer)
całkowita przebyta odległość, od wyzerowania
TRK (Track; COG, GT)
kąt drogi nad dnem
TRN (Turn Bearing)
kąt pomiędzy TRK a BRG
TTIME (Trip Timer)
całkowity czas podróży przy SPD>0, od wyzerowania
VMG (Velocity Made Good; VTD,
VTW, SMG)
prędkość zbliżania w kierunku punktu docelowego; wg
(1)
innych, średnia prędkość od ostatniego zapisu
XTE (Cross - Track Error)
odległość od bieżącej pozycji do aktywnej trasy
(1) Niektóre odbiorniki obliczają VMG nie jako składową na linii od bieżącej pozycji do punktu docelowego,
ale jako składową na linii równoległej do aktywnego odcinka trasy, przechodzącej przez bieżącą pozycję.
(2) Kursy i namiary mogą być podawane jako magnetyczne albo rzeczywiste – w zależności od parametrów
zdefiniowanych przez użytkownika
(3) Wartość liczbowa pozycji zależy od ustawienia Chart Datum w parametrach odbiornika.
(4) Stosowane skróty mogą być różne w zależności od producenta urządzenia GPS (tutaj podano skróty i
ich znaczenie wg GARMIN'a). Należy przeanalizować znaczenie poszczególnych wielkości w swoim
odbiorniku GPS.
2
Roch Wróblewski ([email protected])
Dokładność odczytów
GPS jest urządzeniem pomocniczym i nie należy ślepo wierzyć w jego wskazania. Wiedza o przyczynach
takiego podejścia jest dostępna i każdy użytkownik powinien być świadom tych ograniczeń. Jeśli jednak
wszystko działa poprawnie, to co otrzymujemy? W praktyce wiele zależy od np. zamocowania anteny,
zafalowania, prędkości poruszania się jachtu, umiejętności sternika i innych czynników.
Pozycja. Na ogół będzie to dość dokładne wskazanie (w promieniu 20-30 m). Na tej podstawie wyliczane
są: BRG, DST, XTE, CMG. Będą one tak dokładne jak dokładna jest pozycja oraz pozycje punktów drogi. W
praktyce będziemy stosować - oprócz pozycji - zwłaszcza BRG, DST i XTE.
TRK (Track, kąt drogi nad dnem). Jest wyliczany na podstawie uśrednienia z ostatnich pozycji. Jeśli mamy
ciszę, to najczęściej prędkości poniżej 1 - 2 węzłów nie są wykazywane: na wyświetlaczu odczytamy zerową
prędkość i najdziwniejsze kursy. Jeśli nawet pojawia się jakaś wielkość, a mamy duży rozkołys, kołysanie się
anteny wpłynie na uśrednianie i TRK będzie wysoce zmienny. W praktyce, obserwuj jak zmienia się TRK w
stosunku do tego co robi jacht. Na tej podstawie będziesz wiedział, czy ufać podawanym wielkościom. Na
podstawie TRK wyliczane są TRN, VMG i CTS: będą tak dokładne jak TRK. TRK staje się wysoce
niewiarygodny przy prędkości mniejszej niż 2-3 węzły.
Ponieważ TRK jest uśredniany (najczęściej ze wskazań w okresie kilkunastu sekund i dlatego wolniej
reaguje na zmiany) oraz dość zmienny, na ogół nie będzie się dało sterować bezpośrednio patrząc na
wskazania TRK. Wówczas należy raczej zdjąć 3 pozycje (np. co 5, 15 min lub 30 min) i znaleźć uśredniony
(w znacznie dłuższym okresie czasu) KDD, a następnie wyznaczyć kurs na ster, przede wszystkim na
podstawie różnicy pomiędzy wskazaniami kompasu a uśrednionym w powyższy sposób KDD.
SPD (Speed Over Ground). Jest uśredniana podobnie jak TRK. Z tych samych powodów będzie
niedokładna. W praktyce, obserwuj jak zmienia się SPD. W podobnych warunkach (rozkołys, cisza) będzie
wysoce zmienna. Na podstawie SPD wyliczane są ETA, ETE, TTIME, VMG: będą one tak dokładne jak
SPD. Ocenia się, że przy małych prędkościach zafałszowanie wskazań może wynosić około 1 węzła.
Praktyczna znajomość dokładności wskazań GPS jest kluczowa dla zrozumienia sensu zapisu tych wielkości
w dzienniku i umiejętności wyciągania wniosków na ich podstawie.
Niektóre wielkości wyświetlane są z dokładnością różną od dokładności pomiaru (1/1000 część minuty to 1.8 m –
znacznie większa od dokładności pomiaru pozycji). Z kolei odległości podawane są zazwyczaj z dokładnością do 1/100
M (18 m), co z grubsza odpowiada dokładności pomiaru. Prędkość wyświetlana jest z dokładnością do 1/10 węzła, przy
dokładności pomiaru około 0.5 węzła.
Pozycja WPT może być zapisana w morzu (bezpośrednio z aktualnych wskazań GPS). Przy ponownym wykorzystaniu
tego WPT błędy oryginalnego odczytu oraz bieżącego mogą się zsumować i osiągnąć promień rzędu 50-60 m.
W warunkach małego jachtu (zwłaszcza pod wpływem rozkołysu) błąd może wzrosnąć podwójnie.
Zapisy i ich weryfikacja
Oprócz 'oficjalnych' zapisów w dzienniku jachtowym należy prowadzić zapisy w brudnopisie. Będą one
bardziej przystosowane do potrzeb. Możliwe zapisy stosowane przy prowadzeniu nawigacji z
wykorzystaniem GPS powinny być umiejętnie wykorzystane do porównania z wskazaniami innych
przyrządów.
Zapisy podstawowe to czas i pozycja:
!" Czas: godzina zapisu. W praktyce nawigacji wykorzystującej GPS należy prowadzić zapis co godzinę
lub częściej w zależności od sytuacji (np. nawet co 10 min.). W szczególności należy zapisać dane z
momentu zwrotu.
!" Długość i szerokość geograficzna: zapis typowy; najlepiej najpierw zapisać szybciej zmienne
końcówki liczb, a potem na spokojnie uzupełnić cały zapis. Można też użyć funkcji zapisu pozycji jako
WPT, aby na chwilę ‘zamrozić’ wskazania, a potem przerwać zapis WPT.
Droga:
!" Log: możliwy zapis na podstawie TRIP i/lub odczytu z logu. Ważne jest porównanie obu tych wielkości.
Możliwe są błędy wielkości TRIP przy małych prędkościach.
3
Roch Wróblewski ([email protected])
!" Przebyta droga (godzinna): możliwy zapis na podstawie zmiany TRIP i/lub odczytu z logu od
poprzedniego zapisu. Ważne jest porównanie obu tych wielkości ze sobą i z prędkością oraz drogą z
mapy. Niektórzy wpisują drogę z mapy (od poprzedniego zapisu - o ile zaznaczane są zwroty; porównaj
z SMG).
Kurs:
!" Kurs kompasowy: zapis standardowy. W praktyce jedni zapisują wartość chwilową, a inni zadaną:
wartość chwilowa może być dowolna jeśli sternik nie trzyma kursu, a zapis wielkości zadanej nie
odzwierciedla sytuacji tylko życzenia.
!" TRK: ze względu na możliwą zmienność, znów występuje problem wielkości chwilowej i zadanej.
!" CMG: czasem nawigatorzy zapisują wielkość wynikającą z rysunku drogi na mapie (od poprzedniego
zapisu - w szczególności od zwrotu; wówczas jest to CMG, Course Made Good). Niektóre odbiorniki
wyświetlają CMG.
Prędkość:
!" SOG: ze względu na zmienność wartości chwilowej, wartość SOG bywa uśredniana 'na oko'.
!" SMG: niektórzy wpisują wielkość wynikającą z rysunku drogi na mapie (uśrednioną od ostatniego
zapisu; wówczas jest to SMG, Speed Made Good).
Inne zapisy używane przy nawigacji wykorzystującej GPS to:
!" XTE, DST, BRG: zapis i porównanie z wielkością planowaną
!" Autopilot: zadany kurs (albo inny parametr) pracy autopilota, który może być połączony z GPS
!" Kierunek i prędkość prądu: na podstawie bieżących wyliczeń. Można też dodatkowo zapisać to
wcześniej na podstawie planu trasy - do porównania na bieżąco.
!" Uwagi: różne zdarzenia, m.in. zmiana Chart Datum, weryfikacja pozycji (poprzez ustalanie pozycji
innymi metodami; mijane znaki nawigacyjne i punkty terenowe, itp.), czas i odczyt logu po przybyciu do
WPT.
Zapisy należy weryfikować względem planu (np. DST, BRG, XTE, TRK). Być może warto zapisywać planowane
wielkości w brudnopisie i konfrontować z faktycznym rezultatem. Jednak nie zawsze wszystko musimy zapisywać i
rysować. Nie ma też jedynie słusznego przepisu. Jest to zależne od potrzeby, sposobu nawigowania w danym
momencie, doświadczenia, wygody i rozsądku.
Szybkie nanoszenie pozycji
Nanoszenie pozycji na mapę na podstawie szerokości i długości geograficznej czasem trwa zbyt długo lub
jest poważnie utrudnione (zwłaszcza w ślizgowych jachtach motorowych na zafalowanym akwenie). Do
szybkiej orientacji w takich warunkach mogą być przydatne: BRG i DST albo XTE i DST (dla małych
wielkości XTE i przy naniesionej planowanej trasie). Dużym ułatwieniem będzie naniesienie na mapę linii
pozycyjnych, np. dla różnych BRG i DST.
Siatka BRG i DST
naniesiona na mapę
do szybkiej orientacji
w położeniu jachtu
Przeźroczysty
prostokąt z siatką
linii i dziurkami w
oczkach siatki.......
0.5
M
1.5
M
2.5
M
240o
230o
220o
o
210
200o
o
o
160o
o
190 180 170
3.5
M
150o
.....przesuwamy tak aby siatka
wyznaczała współrzędne pozycji.
4
Roch Wróblewski ([email protected])
Szybkie nanoszenie długości i szerokości może wymagać zastosowania innych technik niż standardowa
wykorzystująca cyrkiel nawigacyjny. Zwłaszcza na małych mapach sportowych można się np. posługiwać
przezroczystym prostokątem z naniesionymi liniami równoległymi i prostopadłymi: wystarczy przyłożyć taki
przyrząd we właściwe miejsce.
Błędy wskazań i inne problemy
Propagacja. Na błędy wynikające z propagacji fal radiowych w atmosferze i jonosferze nie mamy wpływu, warto jednak
o nich pamiętać. To chyba największe źródło błędu.
Odbicia. Na błędność wskazań może mieć wpływ również odbicie sygnału od np. klifu albo wysokich budowli. Na
szczęście, odbity sygnał jest zazwyczaj na tyle słaby już w odległości większej niż ok. 100 m od przeszkody odbijającej,
że nie jest brany pod uwagę. Należy jednak pamiętać, że odczyt w zatłoczonej marinie leżącej w pobliżu wysokich
zabudowań będzie prawdopodobnie obarczony dużym błędem.
Wysokość anteny. Niektóre odbiorniki wymagają podania wysokości anteny npm w momencie inicjalizacji. Zwiększa to
dokładność obliczeń. Kilkunastometrowe różnice wysokości anteny powodują już nieduże błędy w określaniu pozycji, tak
więc nawet przy dużym skoku pływu błąd ten może się pojawić.
Antena. W przypadku niektórych ręcznych odbiorników GPS, antena ma kształt płaski (‘patch antenna’). Jej wadą jest
to, że najlepiej odbiera tylko sygnał pochodzący ze źródła prostopadłego do jej płaszczyzny. Odbiór może więc być
różny w zależności od położenia satelitów.
Antena umieszczona w nadbudówce, zwłaszcza stalowej, może odbierać znacznie gorzej. Wydłuży się wówczas czas
pierwszego znalezienia pozycji, a ponadto odbiornik może gubić sygnał podczas nawigowania. Należy pamiętać, że w
trybie nawigacji do punktu drogi, odbiornik który stracił sygnał będzie najczęściej wyświetlał dane dotyczące ostatniej
znanej pozycji. Informacja o stracie sygnału nie zawsze jest łatwo widoczna.
Antena powinna być zainstalowana w pewnej odległości od innych anten, zwłaszcza radarowej (poza wiązką i
conajmniej metr powyżej lub poniżej), komunikacji satelitarnej (poniżej, w odległości większej niż 5 m) i anteny
radiostacji pośredniofalowej (odległość większa niż 4 m).
Zbyt wysoko położona antena spowoduje znaczne zwiększenie błędów SPD i TRK. Z drugiej strony, antena powinna być
tak umieszczona, aby nie była ekranowana przez np. nadbudówkę, kosz i inne, zwłaszcza metalowe elementy.
Pamięć. Znaczne zapełnienie pamięci (wiele WPT, śledzona trasa) może spowodować znaczne spowolnienie działania
odbiornika, a nawet jego zablokowanie. W trakcie odblokowywania najprawdopodobniej trzeba będzie usunąć wszystkie
WPT i trasy, a także punkty przebytej drogi. Dla potrzeb dalszej nawigacji trzeba będzie część z nich wprowadzić
ponownie.
Zasilanie. Jeśli w ręcznym odbiorniku GPS dopuści się do całkowitego wyładowania baterii, może się zdarzyć że cała
zawartość pamięci zostanie wymazana.
Posługując się ręcznym odbiornikiem GPS, warto korzystać z kabelka zasilającego, włączanego do gniazda
zapalniczkowego. Z drugiej strony, styki wtyczki i gniazdka kabelka dość łatwo korodują w warunkach morskich.
5