GPS_cz1.pdf

Roch Wróblewski (rowro@poczta.onet.pl)

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

= 54 o 39.2'N

TRK

= 18 o 30.9'E

SPD

..... i na tym najczęściej poprzestajemy

Zrozumienie niektórych wskazań odbiornika GPS związane jest z pojęciem punktu drogi (WPT).

Trasa punktów drogi

'Go To' punktu drogi

Punkt

docelowy

WPT1

WPT3

Punkt startowy

(moment aktywacji

GO TO)

Punkt

startowy

Punkt

docelowy

WPT

WPT2

Aktywny

odcinek trasy

WPT4

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.

Roch Wróblewski (rowro@poczta.onet.pl)

WPT2

XTE

DTK

BRG

Aktywny

odcinek

trasy

TRN

Aktywny

odcinek

trasy

DST

VMG

TRK

SPD

CMG

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

innych, średnia prędkość od ostatniego zapisu (1)

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.

Roch Wróblewski (rowro@poczta.onet.pl)

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.

Roch Wróblewski (rowro@poczta.onet.pl)

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

1.5

240 o

230 o

220 o

2.5

3.5

.....przesuwamy tak aby siatka

wyznaczała współrzędne pozycji.

210 o

150 o

200 o

190 o 180 o 170 o 160 o

Roch Wróblewski (rowro@poczta.onet.pl)

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.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: