GPS - abimees nii merel kui maal

GPS. Foto on illustratiivne. Foto: Urmas Luik / Pärnu Postimees

Seekord heidame pilgu positsioneerimisseadmete maailma. Balti Merekaatrite tegevdirektor Olle Uussaar räägib globaalsest positsioneerimissüsteemist (GPS) ja annab põgusa ülevaate tavakasutajale mõeldud GPS-seadmetest.

Tänapäeval ei kujuta paljud meist mereleminekut ilma navigeerimiseks vajaliku GPS-seadmeta enam ette. Kuid umbes 15 aastat tagasi oskasid vaid vähesed aimata, et meie kõigi taskusse on tulemas niivõrd hea abimees. Navigeerida tuli valdavalt kaardi, kompassi ja peilungite abil. Sekstanti meie väikesel Läänemerel õnneks väga vaja ei lähe. Selge ilmaga on orientiire näha nii valges kui pimedas ja paksus udus olles ei aita ka sekstant.

Mis on GPS?

GPS on satelliitsignaalidel põhinev navigeerimissüsteem, mis võimaldab reaalajas määrata punkti pikkus- ja laiuskraadi ning kõrgust merepinnast. Lühend GPS tuleneb nimest globaalne postitsioneerimissüsteem (inglise k. Global Positioning System).

Satelliite, mida seade navigeerimiseks kasutab, on taeva alla aina juurde saadetud ja seeläbi ka signaal ajapikku täpsemaks ja tugevamaks saanud. Asukoha määramiseks on vaja signaali vähemalt kolmelt satelliidilt. Ehk teisisõnu käib kõik nagu vanasti peilungite abil asukohta määrates. Mida rohkem on satelliite, seda väiksem on võimalus asukoha määramisel eksida. Ja asukoha määramine toimub aja mõõtmise põhimõttel: liikudes näiteks kolmnurgas selle suvalise tipu poole, väheneb iga sammuga tipust saadetava signaali minuni jõudmise aeg ja kahest selja taha jäävast tipust saadetava signaali kohalejõudmiseks kuluv aeg pikeneb. Lihtne, kuid geniaalne. Muide: kuna süsteem põhineb aja mõõtmisel, on tegu sisuliselt aja etaloniga. Võite osta umbes 2500 krooni eest kella, mis sünkroniseerib ennast pidevalt sattelliidil asuva aatomkellaga, mille täpsust mõõdetakse nanosekundites ehk 0,000000001 sekundit. Ainuüksi sel põhjusel on ka teadlased kunagi minu käest GPSi ostnud. Samas: kui päris aus olla, siis enam ma seda väga ei soovitaks, kuna kaasaegsematel tavakasutusse mõeldud seadmetel on võimalus ise kõike muuta, kaasa arvatud kellaaega.

Tagasivaade algusaegadele

Esimesed GPSid olid suutelised näitama vaid koordinaate. Ekraanil kuvati idapikkus ja põhjalaius ning selle teadmisega pidi hakkama saama - mis seal salata, saadigi, ja oldi meeletult tänulikud. Kuna seade oli algeline, ei olnud see ka sugugi nii kiire ja täpne kui tänapäeval. Nimelt käis esimestes seadmetes info vastuvõtt läbi ühe kanali, ehk vastu võeti korraga ühe satelliidi signaal. Saadud info kuulati üle, side katkestati ja üritati leida järgmine satelliit. Side kippus tihti katkema ja asukoht kõikus vägagi suurtes piirides. 100-200-meetrine määranguviga oli täiesti tavaline.

Asukoha täpsemaks muutmiseks hakati professionaalsemates GPSides kasutama maapealseid raadiomajakaid, mille asukoht oli määratud millimeetri täpsusega, ning need korrigeerisid niinimetatud combo-vastuvõtjates arvutustel ja signaali kõikumisel tekkiva vea ning määrasid seadme asukoha ideaaljuhul 5-10 meetri täpsusega. Selline lisaks satelliitidele ka kindlaid maapealseid antenne kasutav ja GPSi mõõtmisvigu korrigeeriv süsteem sai nimeks DGPS (inglise k. Differential GPS) süsteem ehk eristav GPS süsteem. Kuid kuna see eeldas kallimat tehnikat ja üsna korralike antenne, siis käsiseadmetes sellist lahendust kasutusele ei võetud. Pealegi olid raadiomajakad paigaldatud üsna hõredalt ja vastuvõtmiseks vajalik tehnika eeldas suurt tarbitavat võimsust.

Peagi tavakasutajale loodud mudel oli suuteline lisaks koordinaatväärtusele kuvama ka liikumise suunda kompassi kodarikuna ning suuteline näitama läbitud teed tühjal lehel. Kuid siis tulid tarkvaralised täiustused juba pea igal kuul. Ja peagi võis ekraanile laadida ka kaardi, et näha oma marsruuti ja asukohta reaalajas kaardil. Lisaks neile kõikvõimalikud tilulilud nagu kala- ja jahimehekalender, antud asukohad ja mõnel ka ajaviiteks mõeldud mängud.

Uue põlvkonna GPS

Mõne aasta möödudes tuli turule teise põlvkonna seade, mis oli suuteline pidama sidet juba mitme satelliidiga samaaegselt. See oli asukoha määramise täpsuse suurendamisel murranguline samm, seade pandi paika pea 30-meetrise täpsusega. Saabusid kuue paralleelkanaliga GPS-seadmed, siis kaheksa kanaliga ja õige pea juba 12 kanaliga GPSid. Ajapikku on satelliite nii palju üles saadetud, et need terve Eesti ära katavad. Lisandus ka uusi funktsioone, näiteks liikudes asukoha keskväärtuse arvutamine, mis annab piisavalt kaua ühes kohas seistes asukoha täpsuseks ca kolm meetrit.

Täpsust veelgi juurde

Kolmas ja seni viimane uuendus on satelliitidest ja maapealsetest tugijaamadest koosnev süsteem, mis aitab oluliselt parandada GPSi täpsust. Süsteem kannab erinevates maailmajagudes erinevaid nimetusi. Euroopas kasutatakse selle tähistamiseks lühendit EGNOS (inglise k. Euro Geostationary Navigation Overlay Service), Põhja-Ameerikas nimetust WAAS (inglise k. Wide Area Augmentation System) ja Aasias MSAS. Tegu on siiski kolme analoogse süsteemiga.

Süsteem töötab eelmainitud DGPSi põhimõttel, kuid ainult satelliitide abil. Kuna aga algselt üles lastud satelliidid on liiga kõrgel ega liigu maakera pöörlemisega kaasa, vaid liiguvad oma tempos, tuli EGNOS/WAAS/MSAS-süsteemi tarvis üles lasta teised satelliidid, mis oleks maakera suhtes paigal ja suhtleks pidevalt sama nö emamajakaga ning saadaks GPSile signaali. Nimelt võetakse majakas vastu signaal GPS-satellidilt, kuid et majakas on millimeetri täpsusega paigas, teab see igal hetkel täpset mõõrmisviga ja teatab selle kohe EGNOS/WAAS/MSAS-satelliidile, kust see võrgu kaudu teie vastuvõtuseadmele lähetatakse. Sellest tulenevalt saab asukohta määrata juba 3-5 meetri täpsusega ja seistes veelgi täpsemalt. Lisaks suudetakse asukoha keskväärtust arvutada juba liikumise pealt ning osad seadmed suudavad ka liikudes näidata asukohta täpsusega 1-2 meetrit.

Kuid et GPS vajab tööks maakeeli öeldes silmsidet satelliitide ja vastuvõtja vahel, kõigub täpsus tublisti. Mõõtmistulemus kõrghoonete vahel tugevas vihmasajus ja ilusal selgel päeval keset põldu võib olla väga erinev. Sestap tuleks alati jälgida, et õige seade õigesse kohta saaks - kui üritate tugevas vihmasajus kahekorruselises paadis kaardilaual käsi-GPSiga asukohta määrata, võib tulemus kõikuda rohkem kui eeldada oskate. Ka autoga metsa vahel sõites võib aeg-ajalt signaal kaduda.

Erinevad GPS-seadmed:

GPS-vastuvõtja

Nüüd aga vastuvõtuseadmetest ja nende erinevustest natuke lähemalt.

Praegu pakutavatest GPS-seadmetest kõige odavamad on lihtsalt vastuvõtjad. Ühenduvad need kas arvuti või telefoniga ja saadavad ainult infot välja. Neil endil mingeid nuppe ega ekraani pole.

Kindlasti pole enamat vajagi, kui teil on võimalus kasutada näiteks sülearvutit, kuhu olete eelnevalt laadinud vastava tarkvara. Kuid kuna korralik, merel kasutatav tarkvara on kallim kui keskmine merekaardiga GPS-seade, ei pruugi lahendus kõige odavam tulla. Lisaks peate arvutit oma alusel väga hellalt hoidma - teatavasti ei ole põrutused ega vesi tavalise sülearvuti suurimad sõbrad. Mobiiltelefonidele, mille Bluetooth-ühendusega saab GPS-moodulit kasutada, minu andmetel veel kahjuks merekaarte ja vastavat tarkvara ei leidu. Küll aga on võimalik osade taskuarvutitega (inglise k. Pocket PC) kasutada tarkvara, millega saab suvalisest fotost teha digitaalse kaardi: kasutades aerofotot ja teades näiteks suure kuuse, kivi või teeristi koordinaate, suudab arvuti pildile joonistada koordinaatvõrgustiku. Samalaadne tarkvara on loomulikult olemas ka laua- ja sülearvutitele.

Sõudepaadimehe GPS

Järgmisse gruppi kuuluvad niiöelda seenelise ja sõudepaadimehe GPS.

Need on seadmed, millel väike ekraan ja mõned nupud. Määratakse asukoht, näidatakse liikumiskiirust ja suunda. Seadmel on umbes sajapunktine mälu, millest saab koostada kümme teekonda. Kaarti nendes ei ole ega saa seda sinna ka laadida. Määratud punktid joonistatakse tühjale lehele ja liikumisest jääb maha must triip. Alati on võimalik kasutada back-track`i ehk tulla mööda sissetallatud rada tagasi. Selline GPS-seade on täiesti piisav jalgsi matkamisel ja ka madala süvisega paadis. Seda muidugi juhul, kui vahemaad ja marsruudid liiga pikaks ei lähe. Lisaks on nende GPS seadmete võlu selles, et neid on lihtne kasutada. Tihti saavad ka tehnikakauged inimesed nendega üsna ruttu sina peale. Selline GPS-seade on suurepärane abimees nii vanaisale paadis kui ka vanaemale seenemetsas.

Kaardiga GPS

Edasi minnes leiame eest juba tasku-GPSi, millesse saab laadida ka kaarte nii maismaa kui mere tarvis.

Kahtlemata on reaalajas kaardi pealt asukoha tuvastamine suureks abiks nii merel kui maal. Kuna looduses liikudes ei suuda teid suunav abimees mööda juhtida ei veealustest madalikest ega kuival maal asuvatest takistustest, on kaart abiks ennekõike kursivalikul. Kui valite kaardiga GPSi, peate arvestama, et odavamad neist on must-valged. Ausalt öeldes oleks see abiks vaid kõvale matkasellile, kellel väga vilunud silm. Nimelt on värvilisest kaardist must-valge koopiamasinaga tehtud koopial üsna raske aru saada, kus on jõgi ja kus tee, kus mägi ja kus org - värvid on ju kadunud. Suureks eeliseks on aga mustvalge GPS-seadme väiksem voolutarve, mistõttu võib ta mitmeks päevaks metsa kaduvale matkajale siiski parimaks lahenduseks osutuda. Värvilise ekraani puhul tuleb kasutada pidevalt taustvalgust, et pilt loetav oleks, ja sellest ka suurem voolutarve.

Kindlasti tuleks seadet valides jälgida ekraani suurust. Mida suurem ekraan, seda parema pildi maailmast saame. Ekraani suurus on oluline seetõttu, et kui vaatame näiteks ennast paadiga lahel kahe kivi vahel suurendatuna, sadamat ei paista. Kui aga üritame ülevaatekaardilt leida nii ennast kui sadamat, siis korjab seade ära liigsed detailid, antud juhul kivid, ja me ei leia labürindist väljapääsu. Teisalt: kui kive ära ei korjata, oleks me justkui kivihunnikus, millest puudub väljapääs. Ainus võimalus on väljasuumitud alal kursoriga labürindist väljapääsu otsida. Kuigi seal on võimalik aeg-ajalt kursori asukohti salvestades endale tee luua, tuleb meil tupikusse sattudes vahepeal lootusrikkalt salvestatud punktid kustutada ja uuesti otsast alustada.

Sestap tasuks alati leida võimalikest suurim ekraan. Siinkohal aga seab kindlasti piirangud tasku, kuhu seade pannakse.

Statsionaarsed GPS-id

Statsionaarsed seadmed jagunevad maismaal ja merel kasutatavateks. Loomulikult on ka universaalseid seadmeid, mis kuuluvad väiksemate statsionaarsete seadmete kilda. Ja ega meil ju seadmega, kus nii GPS, kajalood kui ka radar, autos ju midagi teha polekski. Teisalt on autodesse mõeldud seadmed tiba nõrgemad. Ei pea nemad taluma ilmastiku iseärasusi ega ka lainete põrutusi.

Statsionaarsed seadmed on enamasti kasutatavad ainult konkreetses paadis-kaatris. Suuremad nendest on ka nii tugevalt kinnitatud, et nende teisaldamine oleks mõeldamatu. Väiksemates kaatrites kasutatakse küll ka kiirkinnitustega statsionaarseid seadmeid, mida lahtise paadi peremees saab lahkudes kaasa võtta. Statsionaarsete seadmete puhul saab valida GPS-plotteri, maakeeli GPS-kaardilaua, ja komboseadmete vahel.

Komboseadmete eeliseks on kindlasti vähene ruumivajadus. Kui kaatri armatuurlauas on liialt vähe ruumi erinevatele seadmetele, tuleks kindlasti valida komboseade. See ühendab kajaloodi ja GPSi, ning saate vaadata nii kajaloodi pilti kui ka kaarti. Enamasti saab statsioaarsetel GPSidel pildi akendeks jagada. See võimaldab samaaegselt vaadelda nii kajaloodi kui ka merekaarti. Lisaks on võimalus vaadata kaarti kahest aknast. See annab teile kõva eelise eelpool kirjeldatud labürindist väljumisteed otsides. Nimelt on mõlemaid aknaid võimalik suumida erinevatesse mõõtkavadesse ja sellest on väljapääsu leidmisel palju abi.

Samas aga peate arvestama, et komboseadme puhul, nagu ikka, on ilmselt midagi vajaka. Kahtlemata oleks õigem kasutada kahte eraldi seadet, kuna vale ekraanipilti vaadates võib teil oluline info märkamata jääda.

Kindlasti tuleks statsionaarse seadme valikul ka jälgida, milliseid merekaarte seade kasutab. Kuna statsionaarsed seadmed on üldjuhul ilma eelprogrammeeritud kaardita, tuleb juurde osta kiip teatud piirkonna kaardiga. Uurida tuleks kiipide kättesaadavust ja nendel asuva informatsiooni hulka ning värskust. Kuna seade on merel nii täpne kui täpne on aluskaart, on see üsnagi oluline. Kui kaardi valmistaja pole kivi kaardile joonistanud, võib GPS-signaali täpsus olla ka viis sentimeetrit, kuid kivi otsa sõidate ikkagi - kaart ju kivi ei näita. Sestap tasuks enne seadme hankimist mõne vähemtuntud kaupmehe juurest ka kaartide saadavus ja tõelevastavus selgeks teha.

Kuidas GPS töötab: www.electronics.howstuffworks.com/gps

Tekst Olle Uussaar, www.ajakirinavigaator.ee