GPS w praktyce Cz. 3. Halsówka i pływy Roch Wróblewski (rowro@poczta.onet.pl) W pierwszej części cyklu opisano podstawowe pojęcia opisujące wskazania odbiornika GPS, ich dokładność oraz sposób zapisywania. W drugim odcinku omówiono 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. Halsówka GPS może być przydatny do ustalenia taktyki halsowania pod wiatr. Jeśli nie wchodzą w grę specyficzne czynniki (zafalowanie, prądy, spodziewane odkrętki, itp.) decydujące o wyborze innej taktyki, najprostsze jest następujące podejście: rysujemy linię w kierunku od punktu docelowego, ustalamy wielkość odchyleń od tej linii - sprawdzając czy nie wchodzimy w obszary niebezpieczne (np. około 5 M), a następnie zapisując GO TO WPT, możemy wykorzystywać XTE jako sygnał do wykonania zwrotu (rys. 1). Rys. 1. np. XTE = 5 M Jeśli wiatr nie będzie wiać z kierunku w którym płyniemy, ale nadal musimy halsować, możemy również narysować linię od punktu startowego do docelowego i halsować wokół niej wykorzystując XTE (rys. 2). Rys. 2. Linia do punktu docelowego np. XTE = 5 M Inne podejście zakłada, że najpierw należy pójść halsem w kierunku linii prowadzonej od punktu docelowego w kierunku, a następnie halsować wokół tej linii (rys. 3). Przekraczając linię w punkcie A resetujemy GO TO WPT, aby korzystać z XTE! Rys. 3. A symetrycznie do linii 1
Gdy jesteśmy w pobliżu celu (około 10 M), można z kolei wykorzystać BRG. W tym celu rysujemy trójkąt od punktu docelowego - sprawdzając czy nie obejmujemy nim obszaru niebezpiecznego. Halsujemy pomiędzy dwoma liniami namiarowymi BRG (rys. 4). Rys. 4. 120 o 060 o Linie namiarowe np. +/- 030 o do Podczas halsowania możemy sprawdzać, w jakim stopniu dany kurs jest lokalnie korzystny monitorując VMG. Pływy Podstawy. Najprostsza sytuacja w jakiej GPS może pomóc w nawigacji na pływach, to znalezienie właściwej poprawki i wyznaczenie kursu kompasowego. Na rys. 1 czerwony jacht płynie kursem kompasowym w kierunku punktu docelowego. Oddziaływanie różnych czynników (w tym przede wszystkim poprzecznego prądu pływowego) sprawia, że płynie w złym kierunku. Zielony jacht skorygował kurs kompasowy i w rezultacie utrzymuje TRK w kierunku punktu docelowego. W praktyce nie jest łatwe sterowanie na podstawie TRK. Możliwe podejście to uśrednienie wskazań kompasu i TRK w ciągu od kilkudziesięciu sekund do kilkunastu minut, znalezienie różnicy pomiędzy nimi i skorygowanie KK. Należy oczywiście to często weryfikować - prądy pływowe są zmienne. Możemy też minimalizować XTE. Rys. 1. KK = 090 o, TRK = 070 o KK = 110 o, TRK = 090 o Pływ Halsowanie. GPS niewiele pomoże w doborze halsu przy bocznym pływie, ale umożliwi weryfikację przyjętej taktyki. W typowym podejściu tak dobieramy czas wypłynięcia, aby wielkość znosu w obie strony była mniej więcej równa. Teoretycznie wszystko jedno jakim halsem wówczas pójdziemy, lepiej jednak nie pozwolić znieść się daleko od trasy: wobec tego przyjmujemy taki hals, aby dryf wywołany wiatrem i znos wywołany prądem pływowym oddziaływały przeciwnie (rys. 2.). Dodatkowo, uwzględnienie wywołanego pływem (analogicznie do własnego) spowoduje korzystną zmianę pozornego. 2
GPS w zasadzie będzie służyć tylko do weryfikacji bieżącej, czy faktycznie zdołamy osiągnąć punkt. Aby to sobie ułatwić, można przyjąć punkt pośredni powyżej (pod prąd pływowy) punktu ostatecznego. Rys. 2. Pływ 1 Pływ 2 Boczne prądy pływowe. Powyższe postępowanie nie zawsze będzie wystarczające. Jeśli płyniemy na odległość kilkudziesięciu mil przy bocznym prądzie pływowym, możemy oszczędzić około 10% czasu (lub więcej). Zamiast płynąć utrzymując stały TRK jak jacht zielony na rysunku 1, możemy płynąć stałym KK. Należy tak dobrać czas wypłynięcia, aby mniej więcej w równym stopniu odziaływały na jacht przeciwne prądy. W tym wypadku musimy znaleźć wypadkową oddziaływania prądu pływowego dla całej trasy. Znajdując całkowity znos trasy, znajdziemy odpowiedni kurs kompasowy. Co prawda droga nad dnem będzie dłuższa, ale droga po wodzie krótsza niż gdy utrzymujemy stały TRK. Oszczędność ma sens wówczas, gdy prędkość prądu pływowego jest dość duża w stosunku do prędkości jachtu. Motorówka może utrzymywać stały TRK praktycznie bez strat czasu. Rys. 3. 2. Tak wydlądałaby droga nad dnem przy stałym KK(1) 3. Powinniśmy skorygować KK aby uwzględnić 3 M znosu Pływ 2 Pływ 1 1. Z sumy wektorów pływu dla całej trasy wynika, że utrzymując KK(1) odpowiedni dla punktu docelowego, dopłyniemy 3 M na południe od niego Określenie CMG i SMG. Na ogół odbiorniki GPS nie wyświetlają kursu i szybkości uśrednionej dla zadanego, dłuższego czasu. Jeden ze sposobów uzyskania tych wielkości to odczytanie kursu i przebytej drogi z rysunku przebytej drogi na mapie, pod warunkiem nanoszenia pozycji w której 3
dokonano zwrotu. Wielkości te są zwłaszcza przydatne do planowania oraz porównania planu z realizacją dużo bardziej przydatne niż TRK i SPD, które mogą być chwilowo bardzo zmienne. Jedna z metod polega na wykorzystaniu funkcji MOB. Aktywacja MOB zapisuje aktualną pozycję. Po upływie zadanego czasu (najlepiej 1 godzina albo 6 minut) możemy znaleźć CMG i SMG, przy czym CMG będzie miał przeciwny zwrot. Następnie dezaktywujemy funkcję GO TO MOB. Określenie dryfu i znosu. Do biernego określenie dryfu i znosu można wykorzystać DR WPT (WPT zliczeniowy). Należy określić pozycję zliczoną (DR, Dead Reckoning) w oparciu o kurs (bez poprawek) i prędkość po wodzie. Pozycję tą można wprowadzić jako DR WPT. Następnie po upływie zadanego czasu, sprawdzamy odległość i namiar w stosunku do DR WPT. W ten sposób rozwiązujemy klasyczny trójkąt w pamięci GPS, a nie graficznie na mapie. Metoda jest wygodna, jeśli model GPS pozwala na zdefiniowanie WPT poprzez kierunek i odległość. BRG a pływ. Podczas realizacji aktywnego odcinka trasy przy bocznym prądzie, nawigacja wykorzystująca przede wszystkim BRG może być niebezpieczna. Jeśli w kierunku prądu znajduje się niebezpieczeństwo, jacht może być stopniowo znoszony w tym kierunku, mimo że sternik cały czas koryguje kurs sterując zgodnie z BRG. Nawet jeśli nie ma niebezpieczeństwa, jacht zostanie zniesiony daleko od punktu docelowego. @#&^%?!! aktualny BRG Pływ Można temu zapobiec kontrolując XTE i aktywnie przeciwdziałając prądowi pływowemu, jednocześnie minimalizując XTE. Błędy wskazań i inne zastosowania GPS a mapy Data pomiarów. Należy zawsze zwrócić uwagę na datę oryginalnych pomiarów (nie datę druku lub ostatniego wydania). Niektóre mapy wydawane są w oparciu o pomiary z XIX w. lub dawniejsze, a wiele pochodzi sprzed zastosowania GPS. Oznacza to, że jakkolwiek wzajemne położenie pobliskich elementów linii brzegowej będzie poprawne (np. skała wewnątrz zatoki w stosunku do linii brzegowej), to położenie określone przez długość i szerokość geograficzną może się różnić od wskazań GPS nawet do kilku mil morskich. Zwłaszcza dotyczy to odleglejszych wysp ich pozycje mogą być wyznaczone z różnym błędem (największy znany błąd na mapach Admiralicji to 9 M). Chart Datum. Bardzo ważne jest sprawdzenie Chart Datum, według którego na mapie określone są pozycje. Jeśli odbiornik GPS skonfigurowany jest na inne Chart Datum, wówczas pozycja z GPS po naniesieniu na mapę obarczona jest stałym błędem. Przed rozpoczęciem używania kolejnego arkusza mapy, należy sprawdzić zgodność Chart Datum mapy i GPS. W przypadku niezgodności, najwygodniej będzie skonfigurować odbiornik wybierając odpowiednie Chart Datum spośród dostępnych. Jeśli jednak dane Chart Datum nie jest dostępne w konfiguracji odbiornika, należy znaleźć odpowiednią informację na mapie (o ile jest dostępna) i ręcznie wprowadzić poprawkę, lub uwzględniać ją przy każdym rysowaniu pozycji. Każdy arkusz, nawet przy tym samym Chart Datum, może mieć inną poprawkę: nawet korzystając z zaprogramowanego Chart Datum, należy porównać różnicę pomiędzy wskazaniami GPS wg różnych Datum, a wielkością poprawki odczytanej z arkusza mapy. W przypadku dużej różnicy oznacza to, że algorytm przeliczania Chart Datum w naszym odbiorniku jest niedokładny i należy korzystać z poprawek z arkusza. Przy posługiwaniu się WPT należy również uważać wg jakiego Chart Datum są one wprowadzane. Niektóre starsze mapy nie mają podanego Chart Datum. Należy wówczas wrócić do tradycyjnych metod wyznaczania pozycji. 4
Błędy wprowadzania. Jednym z popularnych błędów (np. na wodach angielskich w pobliżu południka Greenwich) jest błędne wprowadzenie półkuli (E zamiast W i odwrotnie). Praktyczna metoda weryfikacji wprowadzonych współrzędnych WPT to porównanie obliczonych odległości i kursów pomiędzy nimi z odległościami i kursami odczytanymi z mapy po naniesieniu tych WPT. Mapa z nieznanym Chart Datum i WPT pozycyjne. Jeśli dysponujemy taką mapa i będziemy dłużej pływać w tej okolicy, można używać GPS korzystając z WPT pozycyjnych. Należy zapisać pozycje kilku punktów na podstawie aktualnej pozycji znalezionej w danym miejscu (np. przy okazji spaceru do główki falochronu albo latarni morskiej i zapisać WPT). Następnie, używać odczytów BRG i DST w stosunku do pozycyjnych WPT i tak oznaczać pozycję na mapie. Zakładamy wówczas, że przynajmniej wzajemne położenie pomiędzy obiektami na mapie jest prawidłowe. Inne zastosowania Sprawdzenie dewiacji kompasu. W sytuacji nagłej istnieje możliwość zgrubnego sprawdzenia dewiacji kompasu. Należy wybrać obiekt leżący w odległości około 4 M, nanieść bieżącą pozycję na dokładną mapę i odczytać namiar na obiekt. Następnie, sterując na widoczny obiekt, porównać średnie wskazania kompasu z namiarem odczytanym z mapy. O ile warunki geograficzne pozwalają, należy proces powtórzyć z różnych kierunków. Sprawdzenie logu. Można również dokonać zgrubnego sprawdzenia logu z pomocą GPS. Sprawdzenia należy dokonać na otwartej przestrzeni wodnej, w miarę możliwości o stałym prądzie podczas sprawdzenia (zakładam, że jakiś prąd występuje niemal zawsze). Najwygodniej sprawdzenia dokonać poruszając się równolegle do siatki współrzędnych należy wyznaczyć graniczne wielkości umożliwiające określenie przebytej drogi (najwygodniej na odcinku 1 M) stałym kursem i przy stałych obrotach silnika. Stoperem zmierz czas na przebycie zadanego odcinka. Pomiar powtórz na kursie przeciwnym i ponownie na kursie pierwotnym. Po przeliczeniu czasu i drogi na prędkość, uzyskamy trzy wyniki dla kolejnych przejść odcinka. Ich uśrednienie pozwoli na zmniejszenie błędu wynikającego z prądów. W tym celu uśredniamy wyniki 1 i 2 przejścia oraz 2 i 3 przejścia, a następnie uśredniamy poprzednio wyliczone średnie. Wynik porównujemy z uśrednioną wielkością odczytu z logu. Warunki ograniczonej widoczności. Zastosowanie GPS we mgle może zbudzić fałszywe poczucie pewności. GPS faktycznie zmniejszy możliwość sztrandowania czy kolizji ze skałą. Należy jednak pamiętać, że nadal nie wiemy gdzie są inne jachty i statki. Tego GPS nam nie powie. Ponadto, w warunkach ograniczonej widoczności tracimy możliwość weryfikacji przez obserwację poprawności nawigacji opartej o GPS: punktem odniesienia dla odbiornika są satelity, a nie rzeczywiście występujące wokół skały. GPS może pomóc w weryfikacji rozpoznania obiektów na prostym radarze. Jeśli odczyty namiaru i odległości z radaru pokryją się z odczytami z GPS, uzyskamy potwierdzenie poprawności identyfikacji. 5