Globalni pozicioni sistem (GPS) osnovno

UVOD

Globalni pozicioni sistem (GPS; engl. Global Positioning System) je prvi potpuno funkcionalan globalni navigacioni satelitski sistem (GNSS; engl. Global navigation satellite system), razvijen od strane Ministarstva odbrane SAD, prvobitno korišćen u vojne svrhe, da bi kasnije bio stavljen na raspolaganje svima kao javno dobro i u komercijalne svrhe. Pored ovog sistema u funkciji su i ruski sistem GLONASS, evropski Galileo, kao i kineski sistem, svaki sa specifičnim ograničenjima.
GPS ima veliku primenu kao globalni servis u raznim oblastima, u komercijalne i naučne svrhe: navigacija na moru, zemlji i u vazduhu, mapiranju zemljišta, pravljenju karata, određivanju tačnog vremena, otkrivanju zemljotresa i slično.

OSNOVE NAČINA RADA

Kao prva komponenta sistema GPS se sastoji (po prvobitnoj zamisli) od 

24 satelita, raspoređenih, po 4 u 6 fiksnih orbita, na udaljenosti od oko 19.000km, koji šalju radio signal na površinu zemlje. Svaki od satelita obiđe svoju orbitu za 12 časova. GPS prijemnici na osnovu ovih radio signala mogu da odrede svoju tačnu poziciju – geografsku širinu i dužinu, kao i nadmorsku visinu, na bilo kom mestu na planeti danju i noću, pri svim vremenskim uslovima. Broj satelita je u praksi veći, kao potreba da se određene oblasti bolje pokriju signalom i kao prevencija od ispada iz rada starijih uređaja. Realno, u svakoj tački zemljine površine, dostupno je preko 8 satelita (slika).

Kao druga, kontrolna, komponenta sistema čine stanice za praćenje satelita, namenski sateliti i zemljišne stanice, koje u međusobnoj komunikaciji i sa satelititima, ažuriraju podatke o njihovoj tačnoj poziciji i vremenu, čime se vrše precizna podešavanja sistema.

Treću, korisničku komponentu čine GPS prijemnici na zemlji. Prijemnici mogu biti ili samostalni uređaji (primarno) ili komponente uključene u druge uređaje, kao npr. mobilni telefon, časovnik i slično, a mogu obavljati i funkciju predajnika, za potrebe praćenja pozicije korisnika.

GPS prijemnik proračunava svoju poziciju na osnovu određivanja udaljenosti od tri ili više GPS satelita. Svaki satelit emituje mikrotalasnu sekvencu radio signala koja je poznata prijemniku, na osnovu koje u stanju da odredi vreme koje protekne od emitovanja radio signala sa satelita do prijema na svojoj poziciji. Udaljenost prijemnika od pojedinog satelita se proračunava na osnovu tog vremena, budući da radio signal putuje poznatom brzinom. Signal takođe nosi informaciju o trenutnom položaju satelita sa kog se emituje. Ako se zna udaljenost prijemnika od najmanje 3 satelita i sama pozicija satelita, postupkom trilateracije se može odrediti pozicija prijemnika. Trilateracija se bazira na činjenici da se tri sfere seku u najviše dve tačke (od kojih se jedna zanemaruje, jer nije na površini zemlje). Uvođenjem merenja sa 4. satelita i matematičkom korekcijom odstupanja preseka sfera se određuje pozicija prijemnika (slika).

GPS prijemnik će primarno obrađivati podatke sa satelita sa najjačim signalom, pri čemu otvara po jedan kanal za svaki satelit u dometu (do broja ograničenog hardverom prijemnika), a zavisno od uslova na terenu izbor satelita se menja.

Na preciznost određivanja pozicije prijemnika utiče nekoliko faktora: kvalitet antene i elektronike prijemnika , kvalitet softvera koji obrađuje primljene podatke sa satelita, uticaj jonosfere i toposfere, reflektovanje signala sa raznih površina, uticaj radio signala sa zemaljskih repetitora, itd.

Postoje određeni sistemi zemaljskih emitera GPS signala za poboljšanje preciznosti (augmentaciju), kao što je u Evropi EGNOS, koji se uglavnom koriste na aerodromima.

Geografske koordinate prijemnika se proračunavaju po Svetskom geodetskom sistemu WGS84, a i sve mape predviđene za GPS uređaje takođe.

VRSTE GPS UREĐAJA I PRIMENA

Uređaji ugrađeni u sve vrste prevoznih sredstava i ručni uređaji. Svi današnji GPS uređaji imaju mogućnost razmene podataka sa računarima i/ili drugim GPS uređajima.

Ručni uređaji mogu biti u obliku sata (uglavnom bez prikaza mapa), namenski i u sklopu mobilnih telefona (sa mapama).

Prednosti i mane svake od ovih vrsta (i podvrsta – modela) treba sagledati pri odluci o nabavci, prevashodno spram načina i učestalosti primene i vrste aktivnosti za koje će se GPS uređaj koristiti.

GPS satove uglavnom koriste trkači, za potrebe računanja utrošene energije i slično i za jednostavno praćenje prethodno učitanog treka, sa opcijom zvučnog alarma pri napuštanju rute.

Kad se koriste uređaji sa prikazom mapa na ekranima, mogućnosti su mnogo veće. Ako posedujemo dovoljno detaljnu mapu određenog područja, možemo se kreti prateći puteve i staze iz mape, a ako ne, možemo pratiti prethodno učitane pouzdane trekove.

Većina GPS uređaja ima mogućnost, pored snimanja traga sopstvenog kretanja (treka) i snimanje pojedinačnih interesantnih tačaka na trasi (engl. POI – points of interest ili WP – way points). Trekovi i WP ne zauzimaju puno memorijskog prostora i možete imati na sopstvenom uređaju stotine trekova i hiljade tačaka, ali uglavnom ne postoji mogućnost funkcionalnog i kataloškog uređenja.

Veoma je uputno, na dostupnom računaru, instalirati odgovarajuće programe za pregled i obradu GPS podataka (trekova i POI), koji mogu imati iste mape kao na GPS uređaju, radi pravljenja sopstvenih kolekcija trekova i razmene sa drugim ljudima, lično ili putem odgovarajućih namenskih internet sajtova.

Na specijalizovanim sajtovima, kao što je Wikiloc (preporuka) možete pogledati sopstvene i trekove drugih korisnika preko raznih mapa i satelitskih snimaka, koje su tamo na raspolaganju.

Pomoću namenskih programa možete obrađivati sopstvene i tuđe trekove, kombinovati ih i iscrtavati (generisati) nove deonice, prateći staze iz raspoloživih mapa, u svrhu pripreme narednih pešačenja. Uobičajen izraz za pripremljene trekove za praćenje je RUTA.

KARAKTERISTIKE I PODEŠAVANJA GPS UREĐAJA

Kad se radi o GPS uređajima na mobilnim telefonima, postoje desetine programa (uglavnom besplatnih), različitih mogućnosti i složenosti primene. Neki od njih imaju mogućnost učitavanja i drugih formata mapa, sem primarnog. Preporučuje se korišćenje mapa snimljenih u memoriju telefona, jer “online” mape podrazumevaju internet konekciju uređaja, što nije moguće ako vam telefon nije u dometu repetitora operatera mobilne telefonije. Sem toga to podrazumeva velik utrošak energije baterije uređaja, pa je i pri korišćenju internih mapa, preporučljivo isključiti TF konekciju, naročito u planini, daleko od repetitora mobilne telefonije.

Korišćenje mobilnih telefona, kao GPS uređaja, je veoma komforno zbog velikog ekrana visoke rezolucije, pa su mape veoma pregledne. Veoma je korisna funkcija Internet, WiFi, Bluetooth i USB konekcije, pa imate zaokružen sistem za skoro sve primene GPS tehnologije. Takođe je isplativo jer ulaganjem u telefon novije generacije dobijate i GPS uređaj.

Mane su mala autonomija (bez dodadtnih izvora napajanja), osetljivost uređaja na udar i teške vremenske uslove. Takođe, antene GPS prijemnika u telefonima imaju slabiji prijem od namenskih uređaja.

Namenski GPS uređaji su pogodniji za primenu za tipične planinarske akcije, naročito višednevne, kad ste udaljeni od urbanih područja i izvora električnog napajanja. Koriste se uglavnom standardne baterije, koje je lako zameniti, uređaji su robusni i manje osetljivi na vremenske neprilike, a uređaje sa klasičnim dugmićima je jedino moguće koristiti u rukavicama pri visokogorskim i alpinističkim akcijama.

Namenski uređaji imaju antene visoke osetljivosti i kvalitetnu elektroniku, ali po softveru znaju da zaostaju za namenskim GPS aplikacijama na mobilnim telefonima. Namenski uređaji razmenjuju podatke uglavnom USB konekcijom, a noviji i WiFi i Bluetooth bežičnom konekcijom.

Većina namenskih uređaja, kao i mobilnih telefona, ima mogućnost ugradnje dodatne memorijske kartice, ako vam raspoloživa sistemska memorija nije dovoljna za dodatne mape i slično. Većina mobilnih telefona i neki namenski GPS uređaji imaju mogućnost snimanja geopozicioniranih fotografija.

Primeri podešavanja namenskog GPS uređaja biće urađeni spram modela GPSmap 62, dominantnog proizvođača Garmin (a slično je i na drugim uređajima).

SETUP meni sa podmenijima:

• System / GPS – Normal (WAAS/EGNOS nema efekta za našu teritoriju, takođe uključivanje GLONASS sistema nema bitnog efekta za našu teritoriju);
• System / Language – (preporuka) English (još nije podržan srpski, od regionalnih podržan hrvatski);
• System / Batery Type – Kod uređaja sa izmenjivim standardnim baterijama treba u odgovarajućem sistemskom meniju prijaviti odgovarajući tip instalirane baterije. Dok su fabrički napunjene alkalne i litijumske napona 1,5V, punjive NiMH su napona 1,2V. Uređaj na taj način pravilno meri i prikazuje raspoloživu energiju (istrošenost baterije);
• System / Interface – Garmin Spanner (tj. standardni USB, za povezivanje sa PC).
• Time – Podešavanje datuma i tačnog vremena je preporučljivo jer uređaj prilikom snimanja treka dodeljuje prefiks sa datumom i vremenom u ime fajla koji će da sačuva u memoriji.
• Units – Metrics, Celsius …
• Position format – WGS84.
• Heading : Display – Numeric Degrees; North Reference – True; Compas – Off (Uključivanje magnetnog kompasa se ne preporučuje, sem kad je to potrebno, jer znatno troši energiju).
• Altimetar: Auto calibration – On (visinu će određivati sateliti, kao i poziciju, a barometarsko određivanje visine je složeno i nepouzdano)
• Display: kako vam odgovara. Page Sequence: izbor menija koji će da se rotiraju na ekranu dugmetom Page (brz izbor najvažnijih menija).
• Map: Orijentation – Track Up, zatim izbor mape i nivoa detalja spram uvećanja prikaza (zumiranja).
• Tracks / Track Log – Record, Show on Map (trag će se snimati i prikazivati na ekranu preko izabrane mape, u izabranoj boji – izbor Color). Trek će se automatski početi snimati po uključenju uređaja – uspostavljanju konekcije sa satelitima. Voditi računa da je prethodno sniman trek sačuvan, a Trip Computer resetovan, inače će trek početi sa poslednjom tačkom prethodno snimljenog treka, kao i dužina pređene distance.
• Tracks / Record Method – (preporuka) Auto (još je raspoloživa učestanost snimanja tačaka treka po vremenskom intervalu i pređenoj distanci);
• Tracks / Recording Interval – (preporuka) Normal : učestalost snimanja tačaka treka pri metodi Auto i konkretni intervali vremena i ditance, za druge dve metode.
• Još nekoliko manje bitnih menija u meniju Setup, za specifične namene.

Ostali meniji uređaja:

• Track Manager: Prikaz liste prethodno snimljenih trekova (Archived Tracks) i trekova prebačenih sa drugih uređaja i njihovo aktiviranje prikaza na ekranu (Ako fajlovi preneti sa drugih uređaja sadrže i WP, takođe će biti prikazani. Garmin uređaj inače formira dva fajla, posebno za trek, posebno za WP). Manipulacija tekućim trekom (Current Track) i njegovo čuvanje u memoriji uređaja, sa mogućnošću izmene generički dodeljenog imena fajla.
• Waypoint Manager: manipulacija prethodno snimljenim WP (POI).
• Compass: uključivanje prikaza kompasa na ekranu (ako je prethodno dozvoljeno u meniju Setup / Heading).
• Satellite: grafički prikaz satelita u dometu, sa nivoima signala.
• Elevation Plot: grafički prikaz visinskog profila tekućeg treka.
  još nekoliko menija specifične namene, zavisno od modela uređaja.
• Trip Computer: Prikaz pređene distance (Trip Odometer) i vremena proteklog od trenutka starta snimanja tekućeg treka, kao i prosečnih brzina u kretanju i ukupno, kao i nadmorske visine. Iz nekog razloga na ovom modelu uređaja ovaj prikaz nije ni u glavnom meniju ni u meniju Setup, već se aktivira na ekranu iz podmenija Display / Page Sequence). Voditi računa da se Trip Computer resetuje po narednom uključenju uređaja.​