Работа с приемниками GPS
Работа с приемниками GPS
Для знакомства с работой с аппаратурой спутниковой навигации используем какую-либо популярную модель навигатора, например, Garmin GPS-72 – 12-канальный портативный приемник GPS со встроенной антенной (рис. 49). Большой монохромный дисплей прибора с 4-х уровневой серой индикацией (120 ? 160 пикселей) и регулируемой подсветкой обеспечивает хорошее качество изображения в любое время суток. Управление приемником осуществляется расположенными на лицевой панели 9-ю кнопками, открывающими доступ пользователю ко всем функциям и базам данных прибора.
GPS-72 чрезвычайно прост в использовании, интуитивно понятен в работе и позволяет быстро, без специального обучения, перейти к практической навигации. Прибор изначально создавался для использования на небольших судах и поэтому имеет водонепроницаемый корпус, может плавать и выдерживать погружение в воду.
Встроенная память 1 Мб позволяет загружать в нее с дисков информацию о магазинах, ресторанах, сервисах и других предприятиях сферы обслуживания.
Приемник GPS-72 имеет следующие основные характеристики:
Путевые точки – 500 путевых точек с координатами, названиями и графическими символами;
Маршруты – 50 маршрутов по 50 путевых точек в каждом;
Траектории – автоматическая запись и хранение в памяти до 10 траекторий;
Рис. 49. Носимый приемник Garmin GPS-72
Путевой компьютер – путевой одометр, время остановок, средняя скорость движения, время движения, максимальная скорость.
Встроенная база данных по городам мира;
Внутренняя память 1 Мб.
Функция «Человек за бортом»
Сигнализация прибытия в точку назначения, дрейфа на якорной стоянке, отклонения от курса.
Начало работы
Первое включение
Для любого прибора, будь то телевизор, мобильный телефон или холодильник, есть первое включение, отличающееся наличием каких-то операций, отсутствующих при последующем общении с ними. Есть такое первое включение и у приемника GPS.
Ранее мы говорили, что для определения координат в памяти навигатора должна храниться информация о параметрах орбит спутников, состоянии атмосферы и еще ряд параметров, определяющих точность определения местоположения. Внутренние часы приемника, с помощью которых определяются время задержки сигналов, должны точно совпадать с точными часами спутника. В то же время, навигаторы выходят с завода с девственно чистой памятью, либо с записанной неизвестно когда одной точкой (в приемниках Garmin присутствует точка GARMIN с координатами завода-изготовителя). Поэтому, если мы захотим сразу определить место, в котором мы находимся, сразу у нас ничего не получится. А чтобы все получилось – и определение координат, и навигация – необходимо при первом включении провести инициализацию приемника GPS. Вообще, эту операцию проводят не только при первом включении – она необходима при длительных перерывах в работе приемника или при перевозке его на весьма большое расстояние от места предыдущей работы.
Инициализация
Для инициализации приемник должен обнаружить сигналы от навигационных спутников, получить от них информацию о параметрах орбит и записать их в память.
Кроме того, навигатор должен по сигналам спутников совместить показания своих внутренних часов с часами навигационной системы и синхронизировать их.
Для выполнения этой операции инициализации нужно найти открытое со всех сторон место, расположить приемник горизонтально (у приемников, имеющих наружную поворотную или выносную антенны они должны находиться перпендикулярно земной поверхности) и включить его.
После включения прибора на экране появляется страница состояния спутников (рис. 50), на которой цифрами в квадратах отображается наличие и расположение принимаемых спутников над нашей позицией, их номера и уровни принимаемых сигналов в виде вертикальных полос. Кроме того, на этой странице отображаются координаты приемника, точность определения координат, время и режим работы (2D или 3D GPS location – измерения двух или трех координат).
При первом включении, если только навигатор не включался ранее на заводе, оба поля состояния спутников и поле координат пустые. Если прибор включался на заводе перед отправкой, то на левом поле останется изображение, характеризующее положение спутников относительно приемника в месте включения, и координаты этого места.
Если приемник не может завершить процесс инициализации, его можно ускорить, введя, если они Вам известны, приблизительные координаты вашего места или выбрав в меню название Вашего региона.
Как только приемник обнаружит сигнал от спутника, на левом поле появится крестик с номером спутника, а на правом – обведенная черным контуром белая полоса. Это значит, что идет прием информации от спутника и синхронизация часов приемника. Как только эта процедура закончится, и навигатор возьмет спутник на сопровождение, вместо креста на левом поле появится черный квадратик с белом крестом внутри, а на правом поле белая оконтуренная полоса станет черной. Аналогичным образом обнаружится второй, третий и остальные доступные приему спутники. Как только начнется уверенный прием трех спутников, на экране приемника появятся координаты нашей позиции, а при приеме сигналов от четырех и более спутников еще и значение высоты над уровнем моря. Время инициализации может составлять 5–10 мин.
Рис. 50. Страница состояния спутников
Процедура всех последующих включений осуществляется аналогичным образом, но значительно быстрее.
Процедура включения приемника после длительного перерыва в работе или его перевозки на большое расстояние называется «холодным стартом» и может занимать, в зависимости от модели, 45–60 сек.
Включение приемника после небольшого перерыва («горячий старт») обычно составляет 15 сек.
Диалог с навигатором
Управление приемником GPS и получение навигационной информации ведется, аналогично компьютеру, в диалоговом режиме с помощью клавиатуры и системы меню. Приемнику ставится задача, он ее выполняет либо требует уточнения с помощью дополнительных раскрывающихся меню или подсказок.
Взаимодействие с приемником осуществляется с помощью четырех основных страниц (иногда встречается название «ОКНО») и несколько дополнительных страниц, раскрывающихся на основных с помощью меню.
Информационная страница GPS
Об этой странице мы уже упоминали, рассказывая об инициализации прибора, теперь же рассмотрим ее подробнее (рис. 51).
На информационной странице GPS на полях данных отображаются высота над уровнем моря, оценочная точность определения места, дата и время (местное или по Гринвичу), текущие координаты позиции. В двух полях отображается расположение спутников и уровни принимаемых сигналов.
Помимо отображения информации, страницы имеют вторую функцию – управления работой прибора через раскрывающиеся меню. Данная страница позволяет включать/выключать режим моделирования, менять ориентацию спутников на небе, вводить новые значения высоты и позиции.
Страница карты
Назвать эту страницу «картой» можно только условно – на самом деле никакой карты на этой странице нет. В лучшем случае на ней могут отображаться записанные на заводе в базу данных приемника большие города (что и сделано в GPS-72).
Рис. 51. Изображение на экране при инициализации приемника
В современные модели, обладающие большой внутренней памятью, можно дополнительно загрузить с внешнего носителя более подробные данные о городах и портах и других, представляющих интерес, местах – заправках, кемпингах, магазинах и пр.
Страница карты предназначена для навигации – для построения маршрутов и движению по ним, для записи трасс и использования их для обратного следования, для контроля положения на пути следования к путевой или маршрутной точке. На этой странице отображаются записанные в памяти прибора путевые точки, города и порты.
Страница карты (рис. 52) имеет два поля – поле данных и поле карты. В поле данных могут отображаться по выбору пользователя необходимые для навигации значения скорости движения, расстояния до путевой точки и направление на нее, пройденный путь, ориентировочное время прибытия, текущее время и т.д. При необходимости поля данных могут быть убраны со страницы.
На поле карты в виде черного треугольника отображается место приемника и, в виде различных символов и названий, хранящиеся в памяти путевые точки. Если путевая точка активирована для навигации, между ней и символом приемника будет проложена толстая черная линия. При активировании маршрута он также будет отображаться с помощью выделенных путевых точек и связывающих их линий.
Рис. 52. Страница карты
При движении на странице карты будет отображаться пройденный путь, который автоматически сохраняется в памяти и после выключения приемника.
Для осуществления различных операций с путевыми точками и выполнения навигационных вычислений на странице карты имеется курсор – крест, который управляется клавишами-стрелками. Курсор позволяет создавать путевые точки с поля карты, перемещать путевые точки и удалять их, осуществлять прокрутку карты.
Установив курсор на путевую точку, мы можем получить направление и дальность до нее, можем получить полную информацию о ней.
Для удобства использования приемника для навигации в нем имеется возможность изменять масштаб карты в широких пределах. Текущее значение масштаба указано в левом нижнем углу экрана. Масштаб изменяется клавишами IN (уменьшение) и OUT (увеличение). Мелкий масштаб позволяет просматривать маршруты, расположение путевых точек, города и населенные пункты. Крупный масштаб используется при навигации для контроля положения судна на маршруте с очень высокой точностью.
Страница «карта» имеет ряд управляющих опций, позволяющих управлять режимами работы страницы. Раскрывающееся меню позволяет убирать и устанавливать поля данных и их количество, выбирать тип отображаемых данных, размер и тип шрифта, ориентацию карты и степень ее детализации, и многое другое. С остальными деталями страницы владелец такого прибора может познакомиться в инструкции по эксплуатации, а мы двинемся дальше, к следующей странице.
Страница «компас»
Эта страница используется для движения к заданным путевым или маршрутным точкам, обычно в случаях, когда движение строго по прямой невозможно. На ней находятся (рис. 53) поле данных (которое может убираться или изменяться) и поле компаса. Кроме того, без наличия активной путевой точки, она может использоваться как обычный компас для контроля направления движения.
В поле компаса находится графическое изображение картушки компаса, стрелка и название активной путевой или маршрутной точки. Если активная путевая точка отсутствует, то на странице будет только изображение картушки.
Рис. 53. Страница «компас»
В поле данных отображается навигационная информация, необходимая для контроля движения – скорость и направление движения, направление на путевую точку, пройденный путь. При необходимости эти данные могут быть заменены другими (по желанию пользователя).
Страница дороги
Страница названа так из-за наличия на ней графического изображения, напоминающего уходящую вдаль дорогу. Обычно применяется для навигации при возможности или необходимости прямолинейного движения к активной путевой точке (рис. 54).
Страница дороги имеет много общего со страницей карты. Используя экранное меню, на изображение дороги можно выводить маршрутные точки или убирать их, вводить/выводить активные трассы и сохранять их, показывать/не показывать активные участки маршрутов. С помощью кнопок IN и OUT можно изменять масштаб изображения.
Текущее местоположение отмечается символом в виде треугольника. При движении строго по маршруту он находится в центре нижней границы страницы. При отклонении от маршрута влево или вправо треугольник будет отходить от центра в противоположную сторону. При отклонении направления движения от направления на активную точку изображение дороги будет отклоняться также в противоположную сторону.
Рис. 54. Страница «дорога»
Опции страницы дороги позволяют устанавливать и удалять поля данных, их количество, выбирать отображаемые данные.
Страница главного меню
Страница главного меню предназначена для введения различных установок и настройки прибора. В главное меню можно перейти из любой страницы двойным нажатием клавиши ENTER.
Страница главного меню содержит ряд опций, выбор которых осуществляется перемещением маркера на нужную опцию и подтверждением выбора клавишей ENTER. Познакомимся с некоторыми наиболее важными из них.
Путевой компьютер.
Эта опция содержит восемь полей и позволяет выводить на экран значения пройденного пути за переход, время остановок, среднюю скорость движения, время в пути, общую среднюю скорость, максимальную скорость, полный пройденный путь.
Трассы
На странице трасс приводится объем использованной памяти, выделенной для трасс. С помощью этой страницы можно сохранить или удалить текущую трассу и вызвать на экран список сохраненных трасс.
При желании можно получить информацию о любой из сохраненных трасс, содержащуюся на дополнительной информационной странице. В состав информации входят название трассы, ее длина, количество точек, содержащихся в сохраненной трассе. Данная страница позволяет также удалять и редактировать трассы.
Точки
Эта опция позволяет выбирать путевые точки, города и другие интересные объекты. При выборе позиции «Путевые точки» (Waypoint) на экране появится список путевых точек пользователя. Поиск путевых точек в списке осуществляется или по имени, либо в списке ближайших точек, находящихся на расстояниях не далее 100 миль.
На данной странице можно создавать путевые точки, удалять и редактировать их – менять координаты, имена, символы.
Города
При выборе на странице точек опции «города» (Cities) на экране появится список городов, в котором первую строчку занимает ближайший город. С помощью кнопки MENU можно провести поиск города по названию или вызвать список ближайших городов. Для просмотра информации о выделенном городе достаточно нажать ENTER, и на экране появится информационное окно, в котором представлены название и размер города, страна, в которой он расположен, расстояние и направление на него от Вашего места. Имеющиеся на данной странице опции позволяют сохранить выбранный город как путевую точку.
Маршруты
С помощью страницы маршрутов можно создавать новые маршруты, просматривать список существующих маршрутов и выбирать их для редактирования и навигации – для этого на ней имеется ряд опций, которые могут быть выведены на экран нажатием кнопки MENU.
Имеющиеся на странице маршрута опции позволяют:
– Начать/остановить навигацию (Start/stop Navigation) – начать навигацию по выделенному маршруту и прекратить навигацию по активному маршруту.
– Копирование маршрута (Copy Route) – получить и сохранить копию выделенного маршрута.
– Удаление маршрута и удаление всех маршрутов (Delete Route и Delete All Routes) – удалять выбранный маршрут или сразу все имеющиеся в памяти прибора.
– Новый маршрут (New) – создать новый маршрут.
Навигация
Познакомившись с принципами общения с приемником GPS и возможностями, которые он предоставляет пользователю, перейдем к самому интересному в данном разделе – к навигации. Не претендуя на точность определения, отметим, что навигация – это совокупность действий, выполняемых с целью безопасного перемещения из пункта А в пункт Б.
До появления приемников GPS навигация осуществлялась следующим образом.
На карте отмечали начальную и конечную точки, прокладывали линию между ними и при помощи транспортира определяли истинный курс относительно северного направления меридиана. Затем полученное значение исправляли с помощью различных поправок и в результате получали магнитный курс, который использовали при плавании с использованием магнитного компаса. В ходе плавания определялся пройденный путь, в определенные промежутки времени полученные результаты наносились на обозначенные на карте линии пути. Таким образом, получали т.н. «счислимое» место судна. Понятно, что точность полученного таким образом места была невелика, поэтому судоводители при первой возможности определялись по известным ориентирам – маякам, башням, буям, островам. Такой метод назывался «обсервацией», а полученное место – «обсервованным». Если полученная точка не попадала на проложенную линию (а, как правило, так и получалось), то из нее прокладывалась новая, параллельная первоначальной.
С появлением первых приемников спутниковой навигации в судовождении практически ничего не изменилось, разве что место стали определять не пеленгаторами, а с помощью навигаторов путем нанесения полученных координат на карту, разве что точность позиционирования значительно улучшилась.
По мере совершенствования приемников GPS у них появились новые возможности, позволившие частично отказаться от карты и свести процесс навигации к небольшому количеству простейших операций – вводу координат точек и контролю за направлением движения судна по экрану навигатора. А карта осталась нужна для подготовки маршрутов и путевых точек, для периодического контроля за движением, а также в качестве отчетного документа на случай бедствия.
Теперь, познакомившись с теми трудностями, с которыми сталкивались судоводители до эпохи спутниковой навигации, перейдем к знакомству со способами судовождения с использованием приемников GPS, способными сделать даже из любого «чайника» классного штурмана.
Существуют три способ (не считая упомянутого выше классического) навигации – по путевым точкам, по маршрутам и по трассе.
Навигация по путевым точкам
Вспомним, что путевая точка – это какой-то представляющий интерес пункт на земной или водной поверхности, в который когда-либо нужно прибыть. Это могут быть места для рыбалки, якорные стоянки, порты, укрытия и т.д. Путевые точки создаются предварительно с помощью карты либо в процессе движения и записываются в память прибора с присвоенными им именами и символами в цифровой, алфавитной либо алфавитно-цифровой форме и координатами.
Предварительное создание путевых точек
Для предварительного создания путевых точек необходима карта в меркаторской проекции (в координатах «широта-долгота»). Это, как правило, карты морей с глубинами и навигационной обстановкой, однако, такие карты имеются и на крупные, приравненные к морским водоемы – Онежское и Ладожское озера, Рыбинское водохранилище.
Перед началом плавания на карте заранее находят представляющие интерес пункты – места для рыбалки и отдыха, якорные стоянки, магазин, заправки топливом и пр. Выбранным пунктам присваивают имена и символы, определяют и выписывают их координаты. После составления списка, полученные данные последовательно записывают в память приемника.
Создание путевых точек в ходе движения Этот способ интересен тем, что для создания путевых точек нет необходимости в карте. Рассмотрим, как это делается, на конкретном примере.
Если в ходе плавание необходимо запомнить какую-либо нужную точку – якорную стоянку, место для рыбалки, поворотный буй фарватера – достаточно, проходя это место либо находясь на нем, нажать клавишу «MARK» (или какую-либо другую), и навигатор запомнит эту точку и присвоит ей номер. Полученную точку можно сразу или позднее отредактировать – вместо номера присвоить имя и присвоить какой-либо символ (например, «FISH» и «рыбку»). Аналогичным способом можно создать путевые точки в любых других интересных местах для отдыха и навигации местах.
Созданные любым способом путевые точки размещаются в памяти приемника на странице путевых точек «Waypoint List» в виде списка (рис. 55). Помимо этого, приемник сам отберет некоторое количество ближайших к текущей позиции судна точек и поместит их на отдельную страницу «Nearest Waypoint» («Ближайшие путевые точки») в порядке их образования с их именами, дальностями и направлениями от текущей позиции, что очень удобно для случаев возникновения какой-либо сложной ситуации, требующей срочного возврата в укрытие.
Движение к путевым точкам
Данный режим осуществляется с использованием имеющихся в приемниках графических страниц. Для того чтобы начать навигацию, нужно открыть страницу «Путевые точки» или «Ближайшие путевые точки», в раскрывшемся списке найти интересующую точку (например, 004 на рис. 56) и активировать ее нажатием клавиши GO TO, после чего приемник переводится в режим навигации и на экране появляется навигационная страница. Как упоминалось ранее, в данном навигаторе имеются три таких страницы – «компас», «дорога» и «карта».
Рис. 55. Страница путевых точек
Рис. 56. Выбор и активирование путевой точки
Рис. 57. Навигация с использованием страницы «компас»
Навигационный указатель «Компас» представляет графическое изображение картушки компаса и находящуюся внутри нее стрелку (рис. 57). Картушка показывает курс судна, а стрелка – направление на путевую точку относительно курса. В верхней части страницы находится поле для имени путевой точки, которое появляется после ее активирования.
Управление судном с использованием «компаса» сводится к контролю за положением его стрелки. Если судно следует точно в заданном направлении, стрелка находится в положении вертикально вверх, а при отклонении вправо или влево стрелка отклоняется в противоположную сторону, показывая рулевому сторону, в которую ему следует поворачивать судно. Для прибытия в заданный пункт с использованием данного способа рулевому достаточно удерживать стрелку в вертикальном положении.
В информационное окно в верхней части страницы можно выводить интересующую судоводителя информацию – скорость и направление движения, направление на путевую точку, расстояние до путевой точки, пройденный путь и время движения до путевой точки и т.п.
Этот способ навигации очень удобен на открытом пространстве. В местах, где имеются навигационные опасности – мели, камни, затонувшие суда – плавание по «компасу» может привести к аварии. Дело в том, что при плавании судно отклоняется от курса из-за воздействия на него ветра, течений, волн, из-за неточного управления. Так, например, при постоянном боковом ветре с правого борта судно будет сваливаться влево от первоначального курса и, удерживаемая рулевым по стрелке по направлению к путевой точке, будет двигаться по дуге (рис. 58). В этом случае, если рядом с проложенным курсом есть какие либо подводные опасности, то такое отклонение может привести к неприятным последствиям.
Более широкие возможности в навигации дает более сложная страница «дорога». Дело в том, что помимо индикатора отклонения направления движения (наклон дороги), на данной странице есть индикатор линейного отклонения от проложенной трассы – белый треугольник на фоне черной дороги. Если судно отклонится от заданной трассы, то треугольник отойдет в противоположную сторону, показывая, в какую сторону нужно повернуть судно. Такой способ позволяет вести судно по узким фарватерам, не допуская отклонений от генерального курса.
Рис. 58. Движение судна на путевую точку с использованием страницы «компас»
Помимо всего, на данной странице, как на карте, могут отображаться путевые точки, позволяющие рулевому ориентироваться в обстановке.
Наиболее удобной для управления судном при наличии надводных и подводных опасностей, свальных течений и дрейфа является страница «карта движения». Для работы в этом режиме выбирают нужную путевую точку и переходят в режим навигации. При этом на странице «карта движения» от места судна к путевой точке протянется широкая прямая линия с названием и символом в верхней части экрана (рис. 59) и обозначенное треугольником место судна. Изменяя в широких пределах масштаб карты, судоводитель может точно контролировать свое положение относительно путевой точки и выбранной трассы движения. Такой способ навигации особенно удобен на малых скоростях, на которых два предыдущих способа неэффективны.
На очень малых скоростях приемник GPS теряет возможность измерять скорость, в результате чего сразу прекращают работать и навигационные указатели «компас» и «дорога», и только страница «карта» может отражать положение судна относительно путевой точки. Установив максимальный масштаб и ориентируясь по проложенной трассе, можно продвигаться к заданной точке при неработающих остальных указателях.
Независимо от способа навигации, при подходе к путевой точке на заданное расстояние (или время подхода) приемник выдает визуальное или звуковое предупреждение. В некоторых моделях приборов такое предупреждение может выдаваться при больших отклонениях от трассы движения или о больших ошибках определения координат.
Рис. 59. Навигация с использованием страница «карта»
Навигация по маршрутам
Движение по маршрутам используется в случаях, когда плавание по прямой невозможно или опасно. Маршруты обычно планируются заранее путем создания системы взаимосвязанных точек с использованием карты. Маршрутные точки образуются аналогично обычным путевым точкам.
Маршруты хранятся в памяти и при необходимости могут извлекаться, выводиться на экран для просмотра, редактирования и использования для навигации. После выбора маршрута и перехода к навигации приемник будет автоматически выбирать ближайший этап и маршрутную точку. После прохождения конечной точки этапа приемник выберет следующую точку как конечную, и так до прохождения всего пути. Правильность движения по каждому этапу маршрута контролируется по положению судна на линии на «карте движения», по «стрелке компаса» или «дороге» на навигационной странице.
При прохождении маршрутной точки на слишком большом расстоянии приемник может не зафиксировать ее прохождение и не выдать указание на следующую точку. Напротив, его указатель будет продолжать показывать на пройденную путевую точку. При попадании в такую ситуацию необходимо возвратиться назад по указателю «компас» и после прохождения путевой точки, направиться к следующей маршрутной точке. Второй вариант – переориентация приемника на последующую путевую точку с использованием функции «GO TO». Прежде чем воспользоваться этим способом, необходимо проверить на карте, не окажется ли на новой трассе каких-либо опасностей – камней, мелей и пр. Третий вариант – передвижение пройденной путевой точки к текущему положению судна эквивалентен второму варианту.
Приемник GPS позволяет соединять разные маршруты, добавлять, передвигать и удалять путевые точки. Для движения по маршруту в обоих направлениях возможно его реверсирование, т.е. использование путевых точек в обратном порядке.
При движении по маршрутам и путевым точкам приемник GPS может выдавать следующую информацию:
– Название путевой точки;
– Расстояние до путевой точки;
– Скорость относительно Земли;
– Скорость сближения с путевой точкой (скорость относительно путевой точки);
– Направление на путевую точку;
– Направление движения (курс);
– Время движения до путевой точки;
– Время прибытия в путевую точку;
– Время в пути;
– Пройденный путь.
Обычно в связи с ограниченным размером экрана эти данные выводятся выборочно, по мере необходимости, на навигационные страницы или на страницы данных.
Обратная навигация по трассе «TrackBack»
Эта функция позволяет использовать полученную трассу движения для возврата обратно в точку старта. При активировании этой функции приемник из пройденной трассы в точках поворотов создаст путевые точки, образующие обратный маршрут.
Помимо перечисленных данных, в приемниках GPS может содержаться информация о городах и крупных населенных пунктах, портах, приливах и отливах, времени восхода и захода Солнца.