В категории: Брой 1-2/2007, Електроника, Хоби

Навигация с GPS

Ако някой би казал преди петнайсетина години, че всеки гражданин, бил той невръстен ученик или старица на преклонна възраст, ще носи в джоба или висящ на врата си миниатюрен безжичен телефон, биха го сметнали за отклонил се от нормалното поведение в резултат на прекомерно четене на научна фантастика. Днес броят на продадените GSM апарати вече надхвърля населението на страната, а покритието на територията на България вече гони 100%. Подобно развитие се наблюдава и при GPS апаратите. Наименованието им е абревиатура на „Глобална система за позициониране“ (Global Positioning System). Най-общо казано, тя представлява космически базирана навигационна система, която позволява определяне местоположението във всяка точка от земното кълбо с точност от няколко милиметра при професионалните до около 10 m при устройствата за гражданска употреба.

Разработката на системата започва през 1973 г. като обединена програмна служба към космическото направление на военно-въздушните сили на САЩ и така се създава системата, известна като NAVSTAR (NAVigation System with Timing And Ranging). Създадена е – както почти всичко от света на високите технологии – за военни цели. Първоначално към сигнала, излъчван от спътниците, умишлено е била добавяна грешка, така че точността на позициониране да бъде над 100 m. Това е правено с цел да не се ползва извън нейното предназначение и още по-малко от терористи и други нечестивци. С решение на президента на САЩ от 1 май 2000 г. тази практика се преустановява и от тази дата системата NAVSTAR става напълно достъпна и за граждански цели, а с това започва и бумът на GPS апаратите.

Въпреки че вече не са новост, и днес се намират не малко, при това технически грамотни и интелигентни хора, които задават въпроса каква е ежемесечната цена на тази услуга. Логично е да не вярват, че Чичо Сам може ей така да пръска сред милиони хора благини, и то напълно безплатно. Как точно се издържат системи като NAVSTAR или очакваната в близко бъдеще европейска навигационна система Galileo, не е тема на тази статия. Същественото в случая е, че всеки, ползващ GPS, заплаща единствено стойността на апарата и на електронната карта, ако тя се купува допълнително. Самата услуга е напълно безплатна.

Системата NAVSTAR включва 24 спътника плюс няколко резервни, които обикалят около земното кълбо на приблизително кръгови орбити, и няколко наземни станции. От всяка точка на земята има пряка видимост към до 10 спътника с височина над 15о над хоризонта. Всеки от спътниците излъчва комплексен сигнал, по който GPS апаратът определя с голяма точност разстоянието от точката, в която се намира, до спътника. За точно определяне на местоположението е необходимо да се приемат сигналите на поне 4 спътника, като точността нараства колкото повече спътници попадат в „полезрението“ на GPS апарата. Същевременно силата на излъчвания от спътниците сигнал е толкова малка, че за приемането им е необходимо „чисто небе“. Ето защо GPS устройствата не функционират във вътрешността на сгради, в тунели или под земята, има затруднения в точността при движение в тесни планински каньони, в гъста вековна гора или по тесни улици, оградени от високи сгради. В последния случай трябва да се отсейват и множество отразени сигнали. Тези проблеми до голяма степен са решени при съвременните GPS апарати, които ползват най-чувствителния и съвършен към момента чип SIRFstar III, а несъмнено не след дълго ще се появят и по-добри от него. Използват се сложни алгоритми за отстраняване на грешката при приема на сигналите, вече работи и спътниковата система WAAS/EGNOS, чиито коригиращи сигнали позволяват допълнително повишаване точността на позициониране.

От гледна точка на потребителя това означава, че съвременните GPS приемници са толкова чувствителни, че вече могат да функционират и в затворени помещения, на метър-два от прозорците, работят безпогрешно и когато са поставени в купето на автомобила, справят се добре и в условията на тесните градски улици. Интересът до такава степен нарасна, че освен като специализирани апарати те вече се вграждат в джобни компютри и GSM апарати. Така освен основните си функции съответната машинка осигурява и точно определяне на местоположението, а в зависимост от софтуера – и възможности за навигация към зададен обект или точка.

По правило, колкото една машина е с по-универсално предназначение, толкова по-сложно и несигурно се работи с нея, пък и едва ли е най-подходящото решение човек да помъкне по планински чукари и водоеми джобен компютър, над който да трепери постоянно и да го пази от вода, слънце, удар и т.н. За да сме съвсем конкретни, ще разгледаме едно GPS устройство на водещия световен производител – Garmin, защото тази марка е най-разпространената в България и за нейните апарати има най-много и най-качествени електронни карти за нашата страна.

Подобно на други устройства, при GPS апаратите също има специализация. Едни са пригодени за движение сред природата, по черни пътища, пътечки или направо през полето, други са специализирани за навигация в автомобил, но също така отлично се справят и при движение пеша из градската джунгла. Трети са хибридни модели и съчетават възможностите на тези две групи. Има GPS апарати, предназначени за мотористи и колоездачи, други се поставят на ръката на бегачи на дълги разстояния, има такива за делтапланеристи, а съвсем друг клас са уредите за морска навигация.

Изборът на едно или друго GPS устройство и възможностите за неговото ползване силно зависят от електронна карта, с която то работи. При едни модели тази карта е фабрично вградена в апарата и работата с него е максимално опростена – включваш го, изчакваш да открие намиращите се в обхвата му спътници и да определи местоположението. На екрана, в зависимост от наличната карта, се появява маркер, който обозначава мястото и заобикалящата среда, например уличната градска мрежа. Апаратът работи по един и същ начин независимо дали се намирате на територията на Германия, Италия или друга държава, за която има карта. При други картата може да се инсталира на компютъра, по нея се планират маршрути, контролни точки и т.н. и след това цялата или части от нея се зареждат в GPS устройството. Вторият начин най-често се използва при апаратите, специализирани за движение сред природата, и позволява значителна творческа намеса за планиране на собствени маршрути, докато първият е за туристи, които нямат намерение и желание да се борят и изучават нова техника.

Проблемът с електронните карти е решаващ, защото България и по-точно София едва в края на миналата година бе включена във фабричната карта, която Garmin вгражда в своите приемници от серията nuvi. За всичко останало на българска територия все още се разчита основно на труда на трима българи ентусиасти с техните ограничени софтуерни, съответно и финансови възможности.

Универсален GPS, който да покрива всички изисквания при различните сфери на приложение, няма. Решението е въпрос на компромис, затова по наше мнение човек трябва да има поне два такива апарата – един за навигация в автомобила и втори за движение извън населените места и сред природата.

GPSmap 60CSx е подходящият апарат за любителите на планината, ако следвате потайни пътечки, прокарани от диви животни, търсите скрит в гънките на местността отвор на пещера, пробивате си път по речни корита или пътешествате с лодка. GPS апаратът ви дава увереност, че ще следвате вярната, предварително набелязана пътека, което е жизненоважно, особено през зимата. Устройството запаметява с точност до няколко метра „следата“ по време на движение и във всеки момент може да ви върне в началната или друга избрана точка от маршрута. В допълнение GPSmap 60CSx може да се ползва напълно успешно и за навигация в градски условия или по републиканската пътна мрежа.

Има масивно и здраво тяло, което сигурно го предпазва от удари и проникване на вода. То е оформено така, че да се държи сигурно и удобно в ръка, пригодено е да се носи на каишка, закрепено с щипка към колана или закачено с карабинер към раницата. Заедно с батериите тежи 212 g. Тялото е добре херметизирано, като се гарантира, че издържа поне 30 min във вода на дълбочина 1 m. Всички бутони и капакът на отделението за батерии са сигурно уплътнени, а картата памет се намира на добре защитено място – под батериите. С гумени тапи са защитени и изходите за свързване към USB порта на компютър, на външна антена и външно захранване.

Антената стърчи 40 mm извън тялото, което е направено с цел повишаване на чувствителността и точността на приемника. Именно високата чувствителност на този 12-канален GPS приемник е една от неговите най-важни характеристики. Освен на антената това се дължи и на най-добрия към момента чип SIRFstar III в съчетание с приемане на диференциалните корекции WAAS/EGNOS. При използване на открито и приемане сигналите на 10 спътника едновременно точността на отчитане на координатите е ±3 m. Високата чувствителност на GPS приемника му позволява устойчива работа и в помещение, като на 2–3 m от прозорците точността достига ±8–9 m. Същото важи и когато апаратът се използва в автомобил, без да бъде закрепен непосредствено под предното стъкло. На GPSmap 60CSx може да се разчита и в дълбоки планински клисури, в гъсти гори с вековни дървета, по тесни улици, притиснати от двете страни от високи сгради – все места, където приемът на сигналите от спътниците е ограничен или силно затруднен. След включване приемникът бързо улавя сигналите на спътниците. При „топъл старт“ за това се нуждае от около 1 s, а при „студен старт“ (когато GPS изцяло обновява информацията за сателитите) – от около 38 s, за да влезе в режим на готовност.

GPSmap 60CSx има TFT дисплей с размери 38х56 mm, 256 цвята и разделителна способност 160х240 пиксела. Добрата разделителна способност позволява изобразяване на фини детайли от картата, а изображението се вижда ясно и на силна дневна светлина. В зависимост от яркостта на подсветката на екрана и активираните функции (компас, барометър и др.) с един комплект от две батерии тип AA апаратът работи между 18 и 25 часа. Освен с алкални батерии, може да работи с NiMH акумулатори.

Управлението се извършва със светещи гумени бутони, чиито надписи са ясно различими на тъмно. Два от тях служат за промяна на мащаба на изобразяване на картата – от 5 m до 800 km. Бутонът Page е предназначен за бързо превключване и последователно изобразяване на 6 основни екрана (менюта). Както подсказва наименованието му, бутонът Find се използва за търсене на обекти: маркирани от потребителя точки, селища, всевъзможни обществени обекти, групирани по вид и предназначение, забележителни географски места, транспортни възли, изходи към големи пътни артерии, кръстовища и др. Възможностите за навигация към обекти зависят от картата. Те се извеждат на екрана според отдалечеността им, като се започва от най-близко намиращия се обект спрямо текущото местоположение на GPS апарата или до мястото върху картата, посочено с показалеца.

Маркирането на точки върху терена е улеснено в максимална степен с оглед използването на апарата сред природата и при бързо движение. За целта е достатъчно да се натисне бутонът Mark, като за всяка точка се съхранява име (или пореден номер), дата и час на създаване, координати, надморска височина. Освен по този начин, точки могат да се маркират чрез посочване със стрелката маркер върху самата карта или чрез въвеждане на техните координати. Веднъж нанесени, точките подлежат на редактиране, преместване или изтриване. Информацията за тях, зададените маршрути на движение и следата на движение се съхранява във вътрешната енергонезависима памет и се запазва при смяна на картата памет. По избор „следата“ може да се запише и на външната памет. Апаратът позволява да бъдат записани до 1000 точки, 50 предварително набелязани маршрута, всеки от които съдържа по 250 точки и до 20 „следи“, изчертани с по 500 точки. За външна памет се ползва microSD карта, като включената в комплекта е с капацитет 64 Мбайта. Стига обемът на географската карта да го изисква, може да се купи и по-голяма, примерно 512 Мбайта или 1 Гбайт. Тази памет служи за работа с различни детайлни карти, които се зареждат чрез компютъра с помощта на софтуера Garmin MapSource. В комплекта на GPSmap 60CSx е включен продуктът Trip&Waypoint Manager, с който между GPS апарата и компютъра могат да се обменят точки, маршрути и следи, но не и самите карти.

Детайлните карти се продават отделно. Те се делят най-общо на топографски, пътни с възможност за навигация във и извън населените места и морски. Съответно всяка от тях съдържа характерна информация като хоризонталите на местността, особености и важни места по бреговата линия и вътрешните водни басейни, наименования на улици с адреси, публични обекти и др.

Свързването на GPSmap 60CSx към компютъра става посредством USB 2.0 порт. Чрез него от GPS апарата към MapSource се прехвърлят маркираните точки и записи на изминати маршрути (следа). Обратно – от компютъра върху картата памет на апарата се прехвърлят и записват цели или избрани части от заредена в MapSource географска карта. Това позволява на екрана на монитора детайлно да се проучи местността върху топографската карта, да се нанесат желани точки, предварително да се анализира и набележи оптималният маршрут на движение и да се маркират контролните точки върху него, а също да се проследи, анализира и използва в бъдеще вече изминат маршрут. Така подготвената карта с нанесени върху нея маршрути се записва в картата памет.

Макар и специализиран за работа в открита местност или на вода, GPSmap 60CSx може успешно да се използва за навигация в населени места и по пътната мрежа. При наличие на подробна навигационна карта апаратът определя маршрута до населено място, адрес или най-различни обозначени на картата обществено значими обекти според зададените условия – най-кратко разстояние или най-късо време за достигане, движение с определен вид превозно средство или пеша. Навигацията се извършва „завой след завой“ чрез обозначаване на текущото местоположение, посоката на движение по пътя, предварително обозначаване на всеки предстоящ завой и предлагане на алтернативен маршрут при отклоняване от предварително набелязания. За разлика от специализираните навигатори за движение в населени места GPSmap 60CSx не излъчва гласова информация за предстоящите промени в посоката на движение, а издава звуков сигнал.

Заслужава да се отбележи още една функция, която може да се окаже жизненоважна при движение по терен с опасни места. Около всяка предварително маркирана точка може да се зададе зона на сигурност, чието пресичане предизвиква алармен сигнал. Така се обозначават опасни места или навлизане в райони, за които е необходимо предупреждение.

Движението в открита местност става по предварително избран маршрут с набелязани крайни и междинни точки. Много важна е и възможността за автоматично записване на маршрута на движение (следата) чрез поредица от точки с техните координати, надморска височина и час на преминаване. Записът се извършва автоматично чрез маркиране на точки при промяна на посоката на движение или чрез ръчна настройка на интервали от изминато разстояние или време. Това позволява човек да се върне по следите си там, откъдето е тръгнал, или в друга посочена точка от записания маршрут. След време може да се мине по същия път или пък запаметеният маршрут да се използва от друг човек, включително да му се изпрати по електронната поща.

При движение в планинска местност особено полезни за ориентация, освен различни географски обекти – върхове, реки, мостове, чешми, хижи и заслони и др., са нанесените на топографските карти хоризонтали. Затова е необходима точна информация за надморската височина във всяка точка по маршрута, която GPS приемникът измерва с точност ±3 m.

GPSmap 60CSx има още две функции, които липсват при повечето GPS апарати – магнитен електронен компас и барометричен високомер. За разлика от повечето приемници, които определят географските посоки и посоката на движение според обработената от сателитните сигнали информация, компасът на GPSmap 60CSx може да функционира и в покой с точност до ±5º. Компасът позволява още да се определи отклонението от маршрута, а също и да се осъществи навигация към видима на хоризонта цел.

Алтиметърът (високомерът) определя надморската височина в обхвата от –610 m до 9150 m. Височината се определя с точност ±3 m, а движението във вертикална посока се записва през всеки 12 m. Така може да се измери разстояние по височина, да се проследи височинният профил на маршрута, скоростта на движение при набиране на височина или спускане надолу, достигнатата максимална и минимална височина.

Апаратът може да измерва и барометричното налягане, като промяната му се записва автоматично за период от 48 часа. Информацията за състоянието и тенденциите за промяна на атмосферното налягане може да се окаже много полезна – като предупреждение за наближаваща буря например. Освен това показва фазите на луната, а за ловците и риболовците – кои са най-подходящите часове на денонощието за ловуване и кога рибата най-много кълве.

И така стигаме до основния проблем пред GPS навигацията в България – наличието на точни и с възможност за навигация карти. Напоследък особено много нашумя картата на Събин Коларов BG OFFRoadMap, която, както подсказва името ù, е предназначена за любителите на моторните спортове и силните изживявания, които търсят маршрути за движение далеч от пътната мрежа. Картата съдържа над 13 000 km черни пътища и пътеки, които са обозначени според типа превозно средство, с което са проходими – джип 4х4, четириколка (ATV) или кросов мотоциклет. Картата е платена, но цената й не е висока и напълно си заслужава парите.