GPS w praktyce Cz. 1. Co pokazuje nasz odbiornik?

Transkrypt

1 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 = 54 o 39.2'N λ = 18 o 30.9'E TRK SPD... i na tym najczęściej poprzestajemy Zrozumienie niektórych wskazań odbiornika GPS związane jest z pojęciem punktu drogi (WPT). Trasa punktów drogi startowy WPT3 docelowy WPT4 odcinek trasy 'Go To' punktu drogi startowy (moment aktywacji GO TO) docelowy WPT odcinek trasy y 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

2 DTK BRG XTE odcinek trasy TRN TRK odcinek trasy DST VG SPD CG 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 CG (Course ade 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 TTIE (Trip Timer) całkowity czas podróży przy SPD>0, od wyzerowania VG (Velocity ade Good; VTD, VTW, SG) XTE (Cross - Track Error) prędkość zbliżania w kierunku punktu docelowego; wg innych, średnia prędkość od ostatniego zapisu (1) odległość od bieżącej pozycji do aktywnej trasy (1) Niektóre odbiorniki obliczają VG 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 GARIN'a). Należy przeanalizować znaczenie poszczególnych wielkości w swoim odbiorniku GPS. 2

3 Dokładność odczytów Roch Wróblewski 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 m). Na tej podstawie wyliczane są: BRG, DST, XTE, CG. 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, VG 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, TTIE, VG: 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 (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 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. ożliwe 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. ożna 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. ożliwe są błędy wielkości TRIP przy małych prędkościach. 3

4 !" 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 SG). 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.!" CG: czasem nawigatorzy zapisują wielkość wynikającą z rysunku drogi na mapie (od poprzedniego zapisu - w szczególności od zwrotu; wówczas jest to CG, Course ade Good). Niektóre odbiorniki wyświetlają CG. Prędkość:!" SOG: ze względu na zmienność wartości chwilowej, wartość SOG bywa uśredniana 'na oko'.!" SG: niektórzy wpisują wielkość wynikającą z rysunku drogi na mapie (uśrednioną od ostatniego zapisu; wówczas jest to SG, Speed ade 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. ożna 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 o 230 o 220 o 210 o o 190 o 180 o 170 o160o o...przesuwamy tak aby siatka wyznaczała współrzędne pozycji. 4

5 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