GPS    
Osnove    
Home Turoteka Kako? Čekićara Tekstovi Galerija Tr-Fr Ukradeno Radnje Linkovi


      Home -> GPS -> GPS i cikloturing -> ova strana


Osnovno o GPS-u


Kako radi?

GPS je skraćenica od "Global Positioning System" - Sistem za globalno pozicioniranje. Služi za tačno određivanje položaja neke tačke (ili položaja u odnosu na neku tačku) na Zemljinoj kugli. Osnovu sistema čini mreža GPS satelita čiji je vlasnik Pentagon. Službeno ime sistema je NAVSTAR i originalno je bio namenjen za vojne svrhe, ali je 1980. stavljen na raspolaganje i za civilne potrebe. Razvoj sistema je počeo 1973. godine, prvi satelit lansiran je 1978, sadašnji broj od 24 aktivna satelita (*) dostignut je 1994, a sistem proglašen potpuno operativnim 1995. godine. Prosečan vek jednog satelita je desetak godina a održavaju se i zamenjuju sredstvima iz budžeta Ministarstva odbrane (što pokazuje da od one petostrane tvrđave može biti i neke koristi za obične smrtnike, ukoliko nas trenutno ne tamane).

(*) Uz 24 satelita koji se smatraju osnovnim GPS sistemom u novije vreme su postavljeni i dodatni sateliti koji služe za povećanje tačnosti pozicioniranja, videti niže.

Osim svemirskog segmenta sistem čine i kontrolni segment (mreža zemaljskih kontrolnih stanica sa glavnim centrom u Colorado Springsu, Kalifornija) i korisnički segment – GPS prijemnici korisnika širom sveta.

GPS satelliti obiđu jedan krug oko Zemlje za 12 sati, orbitirajući na visini od 20.200km i krećući se brzinom malo iznad 11.200km/h. Koriste solarnu energiju a imaju i baterije koje im obezbeđuju rad u periodima kada su na tamnoj strani Zemlje.

  

Galileo je evropski odgovor na GPS, po ceni od 3.2 milijarde evra. Posle dosta kašnjenja i problema, očekuje se da će evropska satelitska mreža konačno proraditi 2008. godine.

Galileo nije samo konkurencija američkom GPS-u: globalni navigacioni satelitski sistem (GNSS) koji će tada zajedno činiti GPS i Galileo imaće 57 satelita pa će kvalitet, pouzdanost i raspoloživost satelitskog pozicioniranja biti znatno povećani. Prijemnici će pouzdano raditi u urbanim "kanjonima" i na drugim mestima sa lošim prijemom, na kojima se tako nešto sa današnjim brojem GPS satelita ne može postići. Porašće broj potencijalnih korisnika i aplikacija, otvoriće se mogućnosti za 140.000 novih radnih mesta, povećaće se broj proizvođača opreme a cene će pasti.

Zanimljvo je da su i Rusi razvijali svoj satelitski sitem, GLONASS, ali on nikada nije zaživeo u komercijalnom smislu.

Korekcije orbite obavljaju se pomoću malih raketnih bustera. Težina jednog satelita je oko 900kg a sa raširenim solarnim panelima prečnik mu iznosi oko 5m. Snaga predajnika je samo 50 vati ili i manje od toga. Sateliti emituju radio signale sa oznakama L1 i L2. Civilni GPS sistem koristi frekvenciju L1 - 1575.42Mhz, UHF opseg. Signali mogu da prođu kroz oblake, staklo ili plastiku ali ne i kroz zgrade i većinu čvrstih objekata.

Svi GPS sateliti imaju satove podešene na isto vreme, za preciznost se brinu po dva atomska časovnika na svakom od njih. Svaki od satelita neprestano emituje signale u kojima su smeštene tri osnovne vrste informacije: pseudorandom kod, efemeris podaci i tzv. almanah.

Pseudorandom kod je "ime i prezime", odnosno oznaka satelita koji šalje signal, i može se pročitati na GPS prijemniku. Efemeris podaci sadrže informacije o statusu satelita ("healthy" ili "unhealthy", tj. može li se u datom trenutku koristiti za navigaciju ili ne), datum i vrlo precizno vreme slanja signala. Ovaj sadržaj je suštinski za određivanje pozicije.

Kada GPS prijemnik (ili da to malo odomaćimo: Grabilica Položajnih Signala) dobije signal, on upoređuje razliku između momenta slanja i trenutnog vremena. Na osnovu te razlike, koja predstavlja vreme putovanja signala od satelita do prijemnika, određuje se udaljenost satelita. Obradom signala sa najmanje tri satelita metodom triangulacije (u osnovi ono što su Nemci radili vozeći se po Beogradu u kamionu sa antenom, ne bi li otkrili odakle Prle i Tihi saveznicima emituju informacije koje će srušiti Treći rajh) moguće je precizno utvrditi poziciju prijemnika na Zemljinoj kugli. A ako se potrudimo da budemo uz prijemnik, onda će to biti i naša pozicija.

Tri satelita su ustvari dovoljna za određivanje 2D koordinata, odnosno geografske širine i dužine. Za određivanje treće dimenzije - nadmorske visine - potrebni su signali sa najmanje četiri satelita.

Kad se ovi podaci kombinuju sa vremenom može se izračunati brzina kretanja, pređeni put, brzina penjanja ili spuštanja, vreme potrebno da se stigne do cilja, itd. GPS prijemnik to i radi: neprestano vredno prima signale, pamti, upoređuje, proračunava... i pljucka rezultate na naš dlan.

  • Almanac
    Almanah je skup podataka koji govore grabilici gde na nebu svaki od satelita treba da bude tokom 24h. Emituju ga svi sateliti pa GPS prijemnik dobija informaciju o svim orbitama u sistemu ako "vidi" makar jedan od satelita.

    Acquisition (opasuljivanje)
    Svaki put kad uključimo uređaj potrebno mu je izvesno vreme da locira minimalno potrebna tri satelita i obezbedi tzv. 2D fix - koordinate trenutne pozicije u vidu geografske dužine i širine. Zahvaljujući podacima iz almanaha prijemnik po uključivanju "zna" gde treba da traži satelite umesto da skenira čitavo nebo, i time se znatno ubrzava proces lociranja i fiksiranja raspoloživih izvora signala: po specifikacijama Garmina potrebno vreme je do 15 sekundi ako je uređaj već radio, ili do 45 sekundi ako se uključuje po prvi put (tzv. hladni start).

    Tek ako sateliti ne budu nađeni na očekivanim mestima, počinje detaljno skeniranje (AutoLocate) i tada opasuljivanje traje mnogo duže - ako je prijem dobar minut-dva, a ako je vidljivost loša i k tome smo u pokretu, i po pet do deset minuta. Srećom takva situacija se dešava obično samo kada prvi put uključujemo kupljeni uređaj ili kada smo se premestili vrlo daleko u odnosu na mesto na kome smo ga poslednji put uključili (npr. ako smo leteli avionom). U ovakvim slučajevima preporučuje se da se uređaj opasuljuje u uslovima dobre vidljivosti neba i bez pomeranja. Npr. treba stati na neko poljanče i sačekati potrebnih par minuta.
  • WGS-84
    Za opisivanje oblika Zemlje i određivanje položaja neke tačke na njenoj površini koriste se referentni sistemi formirani na bazi aktuelnih geodetskih saznanja i informacija tako da optimalno odgovaraju čitavoj planeti. Od 1984. godine važeći referentni sistem je World Geodetic System 1984 (WGS-84). Sve koordinate u GPS uređajima (geografska dužina i širina) date su u skladu sa tim standardom i modelom koji on propisuje.

  • Maksimalna brzina pri kojoj GPS uređaji iz potrošačke klase još uvek korektno funkcionišu je 400-600km/h. Preko ove granice njihova tačnost počinje značajno da se smanjuje i zato se za potrebe avijacije koriste uređaji mnogo više klase, a naravno i cene. U takav jedan uređaj se isplati uložiti samo ako planirate da zaista žestoko trenirate i da vozite svoj bicikl zaista brzo.

  • Ako hoćemo da teramo mak na konac, pod pojmom "GPS uređaj" može da se podrazumeva bilo šta što je deo sistema za globalno pozicioniranje - od prijemnika, preko zemaljskih stanica i sistema za tehničku podršku, do satelita i svih komponenti koje su ugrađene u njih. No da ne komplikujemo stvari, pod GPS uređajem ili još kraće GPS-om podrazumevaćemo samo ono što nam je od čitavog sistema najbliže, najočiglednije i najvažnije - kutijicu sa koje očitavamo podatke koji nas zanimaju. Standardni GPS uređaj ništa ne emituje već samo prima signale, pa se shodno tome upotrebljava i izraz "GPS prijemnik".
  • Zašto su GPS prijemnici mnogo skuplji kod nas nego u SAD?
    GPS sistem je u funkciji 24 sata dnevno, svuda u svetu i po bilo kom vremenu. Uvek se ističe i da se za njegovo korišćenje se ne plaća nikakva nadoknada, mada to nije sasvim tačno. Prijem GPS signala formalno jeste besplatan ali američka vlada ima načina da nadoknadi troškove održavanja sistema. Poreski obveznici u SAD plaćaju kroz porez (deo za vojsku) a ostatak sveta, tj. svi koji ne žive i rade u Americi, u trenutku kad kupuje neki od GPS prijemnika: jednokratna taksa je uračunata u cenu. Zato su prijemnici kupljeni u SAD znatno jeftiniji. Inače su cene Garminovih uređaja kod domaćeg zastupnika iste, a u nekim slučajevima i malo niže od cena u susednim zemljama.

    Ako ste normalno psihiofizički razvijen Srbin, do sada ste već pomislili: zašto onda ne bih GPS naručio od tetke iz Amerike? To je moguće i isplativo ali postoji i određeni rizik vezan za garanciju. Ako se uređaj pokvari evropski servisi ga neće prihvatiti - poslovna politika Garmina... Isto tako, modeli koji podržavaju kartografiju stići će sa osnovnom kartom (basemap) koja pokriva američki kontinent. Posle pokušaja zamene te karte evropskom (a to se mora raditi flash-ovanjem memorije, jer nije predviđeno da korisnik menja basemap) dešava se da dođe do brljanja u radu ili do potpunog blokiranja uređaja.


Koliko je tačan GPS?

Današnji uređaji su izuzetno tačni, zahvaljujući paralelnom multikanalnom dizajnu svojih risivera. Dvanaestokanalni paralelni risiver može istovremeno da prati 12 satelita, što je i maksimalan broj GPS satelita iznad jedne Zemljine hemisfere. Što je veći broj satelita koji se prate, to je veća tačnost izračunate pozicije. Oni su po prvom uključenju u stanju da brzo lociraju satelite i da potom održavaju zadovoljavajući prijem i u nepovoljnim uslovima, u gustom rastinju ili među visokim građevinama.

Ipak, određeni atmosferski uslovi i razni izvori grešaka mogu da utiču na tačnost određivanja pozicije. Garmin-ovi prijemnici imaju prosečnu tačnost u granicama od 15m, 95% vremena.

Neki od faktora koji mogu da degradiraju GPS signale i tako smanje tačnost određivanja pozicije:

  • Kašnjenje signala zbog uticaja jonosfere i troposfere. Satelitski signali se usporavaju tokom prolaska kroz atmosferu, tako da bi bez uzimanja u obzir ove pojave za prijemnik izgledalo da su sateliti dalje nego što stvarno jesu. U GPS sistem su ugrađeni algoritmi koji proračunavaju prosečno kašnjenje signala i koriguju (koliko je moguće) grešku nastalu iz ovog razloga.
  • Izlomljena putanja signala. Ako se signal pre nego što stigne do prijemnika odbija od objekata kao što su visoke zgrade ili velike stenovite površine, povećava se vreme njegovog putovanja a time i greška u odrešivanju pozicije, iz istog razloga kao gore.
  • Sat ugrađen u prijemnik nije tako tačan kao što su atomski časovnici na GPS satelitima. Razlike u tajmingu su vrlo male, ali definitivno postoje.
  • Greške orbite (odstupanja između stvarne i signalizirane lokacije satelita).
  • Broj vidljivih satelita. Razne građevine, nepovoljan oblik terena, elektronske smetnje, ponekad i gusto rastinje, mogu da ometu prijem i smanje broj satelita sa kojih se primaju signali, te tako povećaju grešku izračunate pozicije. GPS uređaji tipično ne rade u zatvorenom prostoru, pod vodom i pod zemljom.
  • Preklapanje. Dobar raspored vidljivih satelita u odnosu na prijemnik je kada se oni međusobno nalaze pod širokim uglovima. Loš raspored je kada se sateliti u odnosu na prijemnik nađu u liniji ili gusto grupisani.
  • Namerna degradacija signala. Američko Ministarstvo odbrane je u početku komercijalne primene GPS-a programom Selective Availability (SA) sprečavalo da tačnost određivanja pozicije za civilne korisnike bude veća od 100 metara. Ovo ograničenje je ukinuto 2000. godine a američka vlada je izdala i deklaraciju prema kojoj nema planova da ograniči korišćenje sistema u bilo kom obliku. (Slučajno je deklaracija bila doneta odmah pošto je Evropa objavila svoje planove vezane za razvijanje sistema Galileo.)


WAAS

Wide Area Argumentation System je sistem satelita i zemaljskih stanica pomoću koga se obezbeđuje integritet informacija koje stižu sa GPS satelita i koriguje greška GPS signala, čime se tačnost određivanja pozicije povećava sa 15m na ispod 3m.

Princip rada: zemaljske referentne stanice prate podatke sa GPS satelita i proveravaju da li u njima postoje greške. Glavna stanica (ili stanice - može ih biti više od jedne) sabiraju podatke referentnih stanica i kreiraju korekcionu GPS poruku. Ta poruka se potom šalje do dva geostacionarna satelita (sateliti sa fiksnom pozicijom u odnosu na površinu planete; nalaze se iznad ekvatora, na visini od 36000km) a oni je reemituju na istoj frekvenciji na kojoj emituju i GPS sateliti (L1, 1575.42Mhz). Informacija je kompatibilna sa osnovnom strukturom uobičajenog GPS signala, što znači da bilo koji GPS prijemnik sa WAAS opcijom može da je pročita.

Ako GPS prijemnik ima WAAS opciju potrebno je još i da je prijem dobar i da uz uobičajeno potreban broj satelita vidi i bar jedan od WAAS satelita. Funkcija se automatski aktivira kad god je to ostvareno, a indikaciju kod Garmin uređaja predstavlja slovo "D" koje se na strani posvećenoj satelitima pojavljuje na dnu displeja.

WAAS opciju u eTrex seriji imaju modeli Vista i Legend i Venture, a u Geko seriji modeli 201 i 301. To im daje prednost kod svih korisnika koje muči standardnih 15 metara greške, kao i kod onih koji su teški 180 kilograma pa im je bitan svaki metar prostora.

Evropski pandan WAAS-u je od 2004. godine sistem EGNOS (Euro Geostationary Navigation Overlay Service). GPS uređaj koji poseduje WAAS opciju može da koristi i EGNOS.

Slično WAAS-u deluje i DGPS (Differential GPS) koji koriguje signale do rezultujuće tačnosti od 3 do 5m. No ovaj sistem se oslanja na zemaljske stanice (američka Obalska straža koristi mrežu tornjeva) koji primaju GPS signale i transmituju korigovani signal - da bi primio ovakav signal korisnik uz GPS uređaj mora da ima dodatni risiver i antenu.


Šta može?

Ručni uređaj više srednje klase kao što je Legend iz Garmin-ove serije eTrex, može:

  • da prikaže koordinate (geografsku širinu i dužinu) tačke na kojoj se nalazimo
  • da na displeju iscrta liniju koja predstavlja put kojim smo prošli
  • da prikaže brzinu kojom se krećemo, prosečnu brzinu (u kretanju i ukupnu, sa uračunatim zaustavljanjima), maksimalnu brzinu, ukupno pređeni put
  • da prikaže nadmorsku visinu tačke na kojoj se nalazimo. Visina se računa na osnovu satelitskih podataka pa se modul koji ovo obavlja naziva satelitskim visinomerom. Modeli koji poseduju i dodatni barometarski visinomer (Legend ga nema), mogu da prikažu i brzinu kojom se penjemo ili spuštamo, prosečnu brzinu penjanja i spuštanja, ukupan uspon i ukupan spust, te topografski profil terena kojim se krećemo.)
  • da prikaže sve relevatne podatke kompasa (numerički), kao i sam kompas (grafički). Moguća je navigacija po azimutu, navigacija ka projektovanoj tački, itd.
  • da memoriše našu maršrutu i podatke o geografskim koordinatama i nadmorskim visinama tačaka koje smo prošli. Na putu kojim se krećemo možemo po želji da upisujemo nama važne putne tačke (raskrsnice, objekte…), tzv. waypoint-e, koje kasnije možemo da koristimo za navigaciju.
  • da memoriše deset različitih snimljenih putanja (TrackLog-ova).
  • TrackLog-ove i waypoint-e je moguće prebaciti na računar, ili ih učitati iz njega. Tu je i softverski paket (dodatna oprema) u kome se nalazi karta sveta i program za obradu snimljenih podataka. Posle prebacivanja podataka u računar ovaj program omogućava da se na karti sveta zumira područje po kome smo se kretali, i na tom području prikaže čitava naša maršruta. Zabeležene nadmorske visine mogu biti prikazane u vidu dijagrama rastojanje-visina, koji predstavlja topografski profil terena kojim smo prošli.
  • ako se spremamo da krenemo na neko mesto na kome smo ranije već bili i snimili odgovarajući log puta, taj sačuvani log možemo da iz računara prebacimo u Legend, pretvarajući ga u pouzdanog vodiča koji "zna" baš sve o našem putu.
  • Legend može da nas vrati na tačku sa koje smo krenuli ili na bilo koju drugu tačku puta kojim smo prošli, a koju smo pri povratku odabrali kao cilj. To može da uradi na dva načina: da nas vodi tako što nam neprestano pokazuje smer u kome se nalazi cilj i rastojanje do njega (korisno kada se ne vraćamo istim putem), ili da nas vodi tačno po putu kojim smo prethodno prošli.
  • može da nas vodi i po putu kojim nikada nismo prošli. Za to je potrebno da na računaru sklopimo željenu trasu pokazujući na mapi tačke koje želimo da prođemo, i da onda tako dobijenu trasu učitamo u uređaj. Drugi način je da od waypoints-a koje smo prethodno ubeležili na terenu (ili smo uneli njihove koordinate pročitane sa topografske karte) u samom uređaju napravimo novu kombinaciju. Treći način je da od drugih vlasnika GPS-a preuzmemo njihov log puta.
  • Legend ima i posebnu kartografsku podršku pa može i više od ovoga gore: da primi posebne, detaljne karte neke oblasti i da ih onda koristi za navigaciju potpuno isto kao i TrackLog-ove. Na ovaj način se lako i brzo unosi veliki broj objekata i tačaka.
  • zanimljive sitnice: kratkoročna prognoza vremena (preko dijagrama promene vazdušnog pritiska), vreme izlaska i zalaska sunca, preporuka najboljeg vremena za pecanje i lov na bilo kom waypoint-u na osnovu lunarnih tablica, prikaz mesečevih mena.


Da li nam je potreban?

Generalno gledano, ulaganje u GPS je opravdano za sve koji često odlaze u "duboku" prirodu, u planinske zabiti ili na morsku pučinu, iz hobija ili zbog profesije. Granice između potreba profesionalaca i amatera brišu se pred neumoljivošću prirodnih elementata i srazmerno udaljenosti od čvrstog krova, lekara i pekara. Kada je reč o korišćenju u urbanim sredinama i na asfaltnim putevima, razlika je mnogo oštrija: posedovanje GPS-a je ili potreba ili zadovoljstvo. U nekom megalopolisu je sjajno imati pomagača koji će uvek znati u kom se pravcu nalazi i koliko je daleko naš hotel a bilo je, zar ne, i takvih situacija kad se u velikom stranom gradu parkira auto pa se posle ne zna gde je ostavljen… Da li su razlozi poput ovih dovoljni za kupovinu, svako treba da proceni za sebe. Doduše, stalni pad cena će ovu dilemu uskoro verovatno učiniti mnogo manjom: ručni GPS uređaji već se mogu kupiti po ceni mobilnih telefona.

A u prirodi... Planinarilo se, plovilo, vozilo, i pre nego što je napravljen pristupačan GPS prijemnik. Šumski putevi su bivali nadmudreni a topli kreveti, vidikovci, izvori i druge skrivene lepote vešto pronalaženi. Uglavnom. Jer, često se i lutalo – ustvari mnogo više nego što smo obično spremni da se setimo. I kao što se moglo živeti bez mobilnog telefona ali on danas tako dobro dođe, može se i skitati bez GPS-a – ali i on tako dobro dođe. Pecaroši će ceniti mogućnost da ubeleže svoja "tajna" mesta i potom ih lako pronađu kad vegetacija nabuja ili se promeni nivo vode pa obala postane neprepoznatljiva. Tokom vožnje čamcem vredan prsten je završio u moru? Ako je GPS tu, jednostavno će biti vratiti se na isto mesto sa ronilačkom opremom. Na planinarenju je lepo znati na kojoj je strani i koliko daleko zabačeni proplanak sa željno očekivanim šatorom. Ako se nađemo usred šume, hladnoće i vejavice a pada mrak, neizmerno vredi vodič koji će nas i u potpunoj tami sigurno dovesti do osvetljenih prozora za kojima žudimo.

Dovoljno je da na displeju našeg GPS uređaja izaberemo tačku do koje želimo da stignemo i naredimo - vodi me tamo! Zato je teško poreći korist od ove spravice za sve koji se mnogo kreću i mnogo putuju. A tek za one koji ne biraju puteve i staze, na kopnu ili vodi?

Granica između potrebe i zadovoljstva: većini onih koji se kreću asfaltnim putevima ili dobro utabanim turističkim trasama, dobra stara auto-karta će jeftinije završavati posao sve dok cene GPS uređaja drastično ne padnu. Kamiondžija koji često mora da se snalazi u velikim, nepoznatim gradovima je jedno, onaj ko samo želi lepu igračku i/ili da ostavi utisak na okolinu je nešto drugo - u tom slučaju GPS je, s obzirom na sadašnju cenu, luksuz. No naravno, svako ima pravo da sebi priušti i tako nešto. Ada Ciganlija je puna full suspension bicikala sa karbonskim ramovima, zašto ne bi pratila trendove i kada je GPS u pitanju :)

Od GPS-a može biti i štete. Ne treba nikada smetnuti sa uma da je ova spravica samo korisna alatka koja treba da olakša snalaženje na putu ili u prirodi - ako umesto toga postane ikona, ukrašće nam mnogo toga. Ako nam je pogled stalno uprt u displej, ako sebe i druge neprestano zasipamo obaveštenjima o tome koliko još ima do kampa, kolika je visina, koliki je ukupni uspon ili spust, koliko smo od puta prešli… okrnjićemo atmosferu i uništiti onaj preko potrebni dašak avanture bez koga nema pravog uživanja. Što više buljimo u displej, to manje vidimo od okoline. Treba pustiti da GPS radi svoje i setiti ga se tek kada je zaista potreban. Najvažnije i najlepše uspomene sa puta nikada neće biti snimljeni TrackLog-ovi, nego uvek i samo ono što smo zabeležili najstandardnijom opremom kojom raspolažemo: okom, uhom, dušom.

Nije tačno da sa GPS uređajem svako može da ode u neku planinsku pustoš i bez problema stigne tamo kuda je krenuo. U dokumentaciji proizvođača se kaže da GPS ne može da zameni ostala sredstva za navigaciju, on ih samo dopunjuje. A najvažnija "sredstva" za navigaciju pored karte, kompasa i umeća njihove upotrebe, bili su i ostali razum, iskustvo i respekt prema izazovima okruženja. Isto tako, višak elektronike ne može da kompenzuje manjak inteligencije.


Da li nam je zaista potreban?

Onima koji se muvaju po kojekakvim nedođijama stvarčice poput ove mogu zaista da zatrebaju samo jednom u životu. Ako do toga dođe, vrlo je zgodno imati ih kod sebe.

U svim ostalim situacijama Grabilica je "samo" izuzetno korisna i, budimo iskreni... zabavna.

 

nazad

• Sadržaj • Osnove • Šta je šta • Kartografija • Praksa • Detalji •