A tájékozódás, tájolás alapjai 2. rész


Navigáció GPS-el


Földrajzi helymeghatározás GPS (Global Positioning System) segítségével

A gyakorlott túrázó nem igényli a GPS alapú irány és helymeghatározást. Velem még nem fordult elő egy túra alkalmával sem, hogy ne lett volna elég a térkép és a tájoló. Természetesen léteznek olyan szituációk, amikor az ember mégis szükségét érzi egy ilyen kiegészítőnek.

Képzeljenek el sűrű ködöt egy ismeretlen vidéken vagy felhőt egy magasabb hegy tetején. Hiába a térkép és a tájoló, ha nem látnak olyan tájékozódási pontokat, melyek kellő biztonsággal azonosíthatók a térképen. Ilyenkor az erdőjáró csak a lépésszámlálásában és a rutinjában bízhat, ami nem mindig elegendő. Sőt! A tengeren szóba sem jöhet. :) Gondoljanak csak a sivatagra, vagy egy hóval borított területre, mennyien bolyongtak körbe-körbe, mert nem találták a kiutat. Vagy nem találtak vissza a bázisra egy hófúvásban. Óriási segítség lehet a GPS egy ilyen esetben.

Jómagam egy Trophy (terepjárós ügyességi és tájékozódási verseny) alkalmával szembesültem azzal a hiányosságommal, hogy nem kezelem kellő biztonsággal a GPS navigációs eszközöket. Ez baj hiszen bárhol adódhat olyan helyzet, mikor ez a tudás életet menthet. Ezért kicsit mélyebbre merültem a témában. Arra gondoltam más is járhat hasonló cipőben, ezért a tapasztalataimat összegyűjtve nekiláttam e cikk írásának.
Manapság egy expedíció sem nélkülözi korunk legfejlettebb navigációs eszközét. Ezért nem árt, ha egy kicsit közelebbről megismerkedik vele mindenki, még akkor is, ha pont az ellenkezőjét, az eszközök nélküli túlélés elsajátítását tartja fő céljának.

GPS műhold

Földrajzi helymeghatározás rövid története

1960-as években az USA Haditengerészete saját céljaira kiépítette a TRANSIT műholdas navigációs rendszert. Ez a 7 műholdból álló rendszer szinte kör alakú pályán keringett 1100 km magasságban. Pontossága 50m-es volt, egy mérés ideje elérte a 20 percet. 1967-tol engedélyezték polgári célú felhasználását is. Egészen a 1990-es évekig használták. A lassú és pontatlan rendszert az idő hamar túlszárnyalta. Nem felelt meg a kor követelményeinek sem katonai, sem polgári szempontból.

A hidegháborús versengésben mindkét oldal kifejlesztette a saját navigációs rendszerét. A szovjetek rendszere a GLONASS a Szovjetunió széthullása miatt nem érte el teljes kiépítettségét.

Amerikában, 1973-ban mutatták be a NAVSTAR elnevezésű navigációs idő- és távolság meghatározó rendszert. Ez a rendszer már 24 műholdból állt, és a 1990-es évek közepére elérte a teljes kiépítettséget. Polgári felhasználását 1978-tól engedélyezték. Pontossága eltérő volt a katonai és a polgári felhasználásban. A műholdak által sugárzott katonai jelek pontossága 1cm! A polgári jelek pontosságát mesterségesen rontották le a hidegháború idején. (A dél-szláv válság alatt a polgári jeleket még tovább rontották. Az akkor hazánkban tapasztalt eltérés az 500m-t is elérte.) A polgári jelek mesterséges rontását 2000 májusában feloldották, így a polgári jelek pontossága 10m alá csökkent. Nagyjából innen datálható a vevőkészülékek egyre gyorsuló terjedése.

Persze az Európai Unió sem akart lemaradni, rendszere az EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System), mely a GPS rendszer műhold alapú kiegészítő rendszere (SBAS, Satellite Based Augmentation System). Funkciója "pontosító" jelek sugárzása a GPS kiegészítésére.

A helymeghatározás geometriai alapokon nyugszik.

A földet tekintsük egy gömb felületnek. Ezen a gömbfelületen keresünk egy adott pontot (ahol éppen állunk).
Egy tetszőleges térbeli ponttól egyenlő távolságra lévő pontok meghatároznak egy gömbfelületet, ahol a pont a gömb középpontja, és a távolság a gömb sugara. Jelen esetben a pont a műhold, a földről mért távolság pedig a gömb sugara.

Egy adott időpillanatban meg kell mérni egy műhold távolságát. Ez a távolság ad egy gömbfelületet a műhold körül. A keresett koordináta ezen a gömbfelületen van valahol.
Ugyan ebben az időpillanatban, egy második műholdtól mért távolság szintén ad egy gömbfelületet a második műhold körül. A két gömbfelület metszésében egy kör keletkezik. A keresett pozíció helye a kör kerületére szűkült.
Ugyan ebben a pillanatban, egy harmadik műhold távolságának mérésével egy harmadik gömbfelület keletkezik, a harmadik műhold körül, mely metszi az első kettő által létrehozott kört. Ezzel a lehetséges pozíciók száma kettőre csökkent.
E két pontból a valós pozíció kiválasztására két lehetőség van. Az egyik, hogy a földet, mint negyedik gömböt véve, a hozzá közelebb eső pont lesz a keresett pozíció. A másik lehetőség, megmérni egy negyedik műhold távolságát és az így kapott negyedik gömb a két pontból csak az egyiket fogja metszeni.

A műholdak pályája

Mint az látható a rendszer legfontosabb eleme a pontos időmérés. Ennek érdekében minden műhold rendelkezik egy-egy rendkívül pontos atom órával, melyek össze vannak hangolva.
A műholdak 20200km-es magasságban meghatározott pályán keringenek. Hat pályasíkon négy-négy műhold kering. A pályasíkok egymáshoz képest 60°-os szögben, az egyenlítő síkjára 55°-os szögben helyezkednek el. A földet 12 óra alatt kerülik meg. Minden műhold szabályos időközönként rádió jeleket sugároz. A jelek tartalmazzák a sugárzás pontos idejét, a műhold pozícióját a jel sugárzásának pillanatában.
A vevőkészülék szintén rendelkezik a pontos idővel, és a jelek vételekor az időkésleltetésből kiszámítja a műhold távolságát. (A késleltetés ekkora távolságban kb. 0.06sec)
Minimálisan három műhold kell a szélességi és hosszúsági fokok meghatározásához. A négyedik műhold jeleiből pontosan megkapható a tengerszint feletti magasság.
A rendszert úgy tervezték, hogy a föld bármely pontjáról minden időpillanatban minimum 4 műhold látható legyen.
(Aki ennél részletesebb technikai leírásra vágyik bőséges információkat talál az interneten.)

A GPS vevőket gyártók sora egyre bővül. Lehetetlen a készülék áradatból kiemelni bármelyiket is. Ezért nem kívánom részletezni egyik gyártó termékeit sem. Az autós navigációs beszélő masinákat sem, mivel teljesen alkalmatlanok túrázás közbeni használatra. Megpróbálom általánosságokban megfogalmazni a vevőkészülékek paramétereit és sorra venni azokat a funkciókat, melyek ismerete segítséget nyújthat ilyen készülékekkel való tájékozódás alkalmával.

Mielőtt rátérnék a funkciókra néhány gondolat a felhasználás lehetőségeiről...

A közismert "kincskereső játékon" a Geocaching-en (adott koordináták GPS-el való felkutatása és ott geoláda keresése) és az egyszerű tájékozódáson kívül még rengeteg lehetőség nyílik az alkalmazására. Kihasználva a készülékek adta lehetőségeket tárolhatók a felkeresett pontok koordinátái. A tracking funkcióval eltárolható egy adott túra pontos útvonala, amely bármikor néhány méter pontossággal újra bejárható. Vagy visszafordulva, ugyan azt az utat követve visszatérhet a vándor a kiindulási pontra. Megjelölhetők olyan pontok, melyeket valamilyen szempontból kiemelten kell kezelni. (Manapság az újonnan felfedezett barlangok lejelentésénél is a bejárat GPS koordinátáival és magasság adataival rögzítik a felfedezést.)

Egy alap készülék kinézetre olyan, mint egy mobiltelefon. Néhány gomb és egy kijelző. Persze kategóriáktól függően a készülékek tudása és kivitelezése eltér. A kijelző lehet karakteres vagy grafikus és monokróm vagy színes is. Lehetnek érintőképernyősek, külső és belső antennával ellátottak. Vízálló és nem vízálló kivitelek. A megfelelő méretű belső memóriával rendelkező készülékekbe, előre elkészített térképeket lehet letölteni. (Örömteli, hogy egyre szaporodnak a letölthető túristatérképek is.) Ennek akkor lehet jelentősége, ha ismeretlen helyen kell navigálni, és papír alapú térkép nem áll rendelkezésre. Előre beprogramozhatók a célállomások koordinátái.
A navigáláshoz nem feltétlenül szükséges térképes típus. Oda elegendő egy olyan is, mely csak az alap információkat jelzi ki. Az útvonalak, túra utak megjelenítéséhez - értelemszerűen - grafikus képernyős eszköz kell. A készülékek többsége a tájolóhoz hasonlóan képes az égtájak megjelenítésére is.

Minden készülék alkalmas az aktuális földi pozíciójához tartozó adatok megjelenítésére. Szélességi és hosszúsági fok, valamint a tengerszint feletti magasság méterben.
A GPS-es navigálás lényege, hogy ezeket, az információkat hasonlítjuk össze előre meghatározott vagy feljegyzett pont(ok) adataival. Az adatok eltéréseiből számolhatók a keresett útirányok, az égtájak helyzete és a keresett pontok közötti távolságok. A szükséges számításokat a készülékek elvégzik. Nincs más teendő, mint a kijelzőn megjelenő információkat leolvasni.

Pozíciónk meghatározása

A szélességi és hosszúsági fokokat (és a magasságot) elég csak leolvasni a kijelzőről. A térképes készülékek a tartózkodási pontunkat a képernyő közepén jelenítik meg. Menet közben a térképet mozgatva hozzáigazítják a helyzetünkhöz képet. Tehát a térkép mozog, a pont áll. Természetesen a koordináták ilyenkor is megjeleníthetők.

Északi irány

Mindegyik készülék képes az északi irányt megmutatni. Grafikusan megrajzolt kompasszal, vagy karakteresen, a menetirányt északhoz képest fokokban megadva.

Egyszerű navigálás

A készülék által kiírt koordinátákat összehasonlítva egy keresett pont ismert koordinátáival, úgy kell az útirányt megválasztani, hogy a készüléken megjelenő koordináták értékei közeledjenek a keresett pont koordinátáihoz. Mikor a keresett és az aktuális koordináták megegyeznek, elértük a keresett pontot. (A keresett pontot előre beprogramozva az arra alkalmas készülékek légvonalban mutatják a cél felé vezető irányt.)

A bonyolultabb, több pontot érintő útvonalak bejárása

Ez ugyan úgy történik, mint az egyszerű navigálás. Csak itt minden elért pontnál célként a következő pont koordinátáit kell felvenni. Az arra alkalmas készülékekben az elért pont után automatikusan a következő pont koordinátái lesznek a célkoordináták.

Ezek a módszerek így leírva nem sokat mondanak azoknak, akik még sosem láttak ilyen készüléket működni. Ezért egy hirtelen ötlettől vezérelve rögtönöztem egy kézi állványt, aminek segítségével készítettem egy rövid filmet.
Ebben mutatom be a legalapvetőbb funkciókat.

A sorozat további részei: