Intencj¹ niniejszych stron jest zaprezentowanie wybranych informacji

Roch Wróblewski ([email protected])
GPS w praktyce
Cz. 3. Halsówka i pływy
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 wiatru 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).
Punkt
docelowy
Rys. 1.
Wiatr
Punkt
startowy
Linia w kierunku
wiatru
Halsujemy pomiędzy liniami
np. XTE = 5 M
Bezpieczna
wielkość XTE
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.
Punkt
docelowy
Linia w kierunku
wiatru
Wiatr
Punkt
startowy
Bezpieczna
wielkość XTE
Linia do punktu
docelowego
Halsujemy pomiędzy liniami
np. XTE = 5 M
Inne podejście zakłada, że najpierw należy pójść halsem w kierunku linii prowadzonej od punktu
docelowego w kierunku wiatru, a następnie halsować wokół tej linii (rys. 3). Przekraczając linię wiatru
w punkcie A resetujemy GO TO WPT, aby korzystać z XTE!
Rys. 3.
Linia w kierunku
wiatru
Punkt
docelowy
Wiatr
A
Punkt
startowy
Halsujemy pomiędzy liniami
symetrycznie do linii wiatru
Bezpieczna
wielkość XTE
1
Roch Wróblewski ([email protected])
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.
120o
Punkt
docelowy
Wiatr
060o
Linie namiarowe
np. +/- 030o do wiatru
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 = 090o,
TRK = 070o
KK = 110o,
TRK = 090o
Punkt
docelowy
Pływ
Punkt
startowy
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 wiatru wywołanego pływem (analogicznie do wiatru własnego) spowoduje korzystną
zmianę wiatru pozornego.
2
Roch Wróblewski ([email protected])
GPS w zasadzie będzie służyć tylko do weryfikacji bieżącej, czy faktycznie zdołamy osiągnąć punkt
docelowy. Aby to sobie ułatwić, można przyjąć punkt docelowy pośredni powyżej (pod prąd pływowy)
punktu ostatecznego.
Pływ 1
Rys. 2.
Punkt
docelowy
Pływ 2
Wiatr
Punkt
startowy
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.
3. Powinniśmy skorygować KK
aby uwzględnić 3 M znosu
Punkt
startowy
Pływ 1
Pływ 2
2. Tak wydlądałaby droga nad
dnem przy stałym KK(1)
Punkt
docelowy
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
Roch Wróblewski ([email protected])
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.
Punkt
startowy
Pływ
@#&^%?!!
aktualny BRG
Punkt
docelowy
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
Roch Wróblewski ([email protected])
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