Зачем велосипедисту GPS?

Текст: Сергей Судариков AKA Honzales. Фото автора.
Источник: Velosamara.org.ru

Данный опус ни в коей мере не является руководством по эксплуатации, описывающим КАК сделать то или иное с помощью GPS. В Сети достаточно материалов на эту тему. Идея заключается в том, чтобы объяснить, ЗАЧЕМ. С наступлением весны, как только мало-мальски просохнет, вы, конечно же, рванете на велосипеде в ближайший лес, и с удивлением обнаружите, что вместо нарисованного на карте лесного массива вырос массив дачный.

От карт бумажных — к картам электронным
Рано или поздно, планируя маршрут очередной покатушки (если вы склонны их заранее планировать ;), вам приходит в голову мысль — а не воспользоваться ли для этих целей достижениями высоких технологий?
Поиски в Интернете неизбежно натолкнут вас на мысль использовать электронные копии карт, коих в том же Интернете при желании можно найти великое множество — от сканированных кое-как листов дорожных атласов до добротно отсканированных на профессиональных рулонных сканерах листах так называемых ГШ (карт, выпущенных Генеральным Штабом ВС СССР).

Глядя на все это великолепие на экране монитора (особенно если вам повезло и в ваши руки попала отсканированная копия ГШ) и видя в масштабе 1см карты — 1 километр на местности леса, овраги, перелески и даже лесные и полевые дороги, вы возрадуетесь, пребывая в уверенности, что уж теперь-то вам ни за что не удастся заблудиться, уехать не туда и т.п., и с нетерпением будете ждать лета (ибо мысли тратить время на поиски карт почему-то обычно приходят зимой ;), чтобы поскорей забуриться подальше в леса, горы и перелески, не забыв взять с собой отпечатанную копию карты с нанесенным на ней вашим маршрутом.


В поисках реальности: космические снимки

С наступлением весны, как только мало-мальски просохнет, вы, конечно же, рванете на велосипеде в ближайший лес, и с удивлением обнаружите, что вместо нарисованного на карте лесного массива вырос массив дачный. Причина конфуза проста и вполне очевидна — ГШ ВС СССР уже лет пятнадцать назад как канул в лету, стало быть, ваша карта ГШ актуальна соответственно — по состоянию местности 198… года, с исправлениями 199… года (в лучшем случае).

Поиски более свежих карт успехом не увенчаются — если они и есть, то либо масштаб вас не устроит, либо детальность и отсутствие горизонталей (а куда без них велосипедисту?), однако вы с удивлением обнаружите, что засекреченные в нашей стране космические снимки высокого разрешения вполне доступны любому жителю планеты, имеющему доступ к Интернет — например, на сайте Google. При этом практически всю территорию планеты покрывают снимки с разрешением в 15 метров на пиксел, особо интересные с точки зрения жителей Запада местности — с разрешением до 70 сантиметров на пиксел (например, центр Москвы).

Актуальность снимков значительно выше карт — основная их часть сделана в 2000 году, но есть и более свежие (это в свободном доступе). За деньги доступны и более актуальные снимки.

Найдя и скачав немалый по размерам космический снимок интересующей вас местности и внимательно его рассмотрев, вы поймете, что для того, чтобы легко ориентироваться по снимку, было бы очень желательно иметь возможность обозначить на снимке основные точки маршрута или, что еще лучше — наложить на космический снимок карту.

Скрестим ГШ и NASA — совмещение космических снимков с картой
Попытка совместить два имеющихся в вашем распоряжении различных источника картографической информации — наложить на космический снимок карту — приведет вас к поиску программы, позволяющей автоматически изменять масштаб первоисточника. Скорей всего этой программой окажется OziExplorer — предназначена она совсем не для этого, но очень подходит для наших целей. Единственная сложность — карты и снимки придется "привязать" к системе координат (или найти в сети уже "привязанные").
"Привязка" карты к системе координат (для простоты изложения не будем уточнять — к какой, для космических снимков это будет UTM) дает возможность выбора единого масштаба изображения отсканированных картографических материалов и космических снимков, кроме того, позволяет моментально переключаться между материалами, оставляя курсор на одной и той же точке местности.

Кроме того — и это вы сразу оцените — OziExplorer дает возможность создавать, сохранять и обмениваться с другими велосипедистами маршрутами (routes) и треками (tracks). При этом маршруты и треки привязаны только к системе координат, и совершенно независимы от карт/снимков, что дает возможность менять карту-подложку при появлении новых карт или послать другу по e-mail только сам трек, который он наложит на свою карту.

Рисуем свои маршруты
Возможность нарисовать на реальной карте (или, что ближе к реальности — на космическом снимке) маршрут будущей покатушки возможно ближе к реальности дает уникальную возможность оценить протяженность вашего маршрута с погрешностью порядка 200-300 метров на 50 километров пути (конечно, при этом вы не сможете учесть рельеф). Все это, конечно, при условии, что вы сможете точно идентифицировать дороги и не поленитесь наметить все их изгибы.

Точное знание протяженности участков маршрута — это уже само по себе немало, но ведь OziExplorer позволяет делать существенно больше — а именно, эта программа позволяет осуществлять навигацию по растровым картам (космическим снимкам) в режиме реального времени — при условии подключения к компьютеру приемника GPS.
Вот тут-то мы плавно подходим к основной цели нашего повествования ;).

Что может нам дать GPS?
Размышляя логически, выезжая на четко разработанный маршрут, остается только точно следовать ему — и тогда вам гарантировано прибытие в намеченные точки в намеченное время. Вот как раз в четком следовании маршруту и заключается сложность — нужно привязать реальную местность к карте, не пропустить заросший поворот или малозаметную на местности развилку дорог, точно представлять себе, где находишься и сколько еще осталось ехать, если поблизости нет ориентиров, принять решение — возвращаться назад, ехать вперед или сойти с маршрута, срезав угол, в случае непредвиденных обстоятельств.

Для решения перечисленных проблем обычно используется целый комплекс навигационных средств: карта, компас, часы, одометр (велокомпьютер), плюс к тому — умение читать карту и ориентироваться на местности.
В конце прошлого века к этому списку добавились средства персональной спутниковой навигации GPS.
Наибольшее распространение в нашей стране получили персональные спутниковые навигаторы фирмы Garmin. В Самаре их можно приобрести, например, в фирме Крит.

Поскольку лично мой опыт использования GPS-навигаторов основан на эксплуатации прибора Garmin eTrex Legend, то все сделанные мной выводы основаны на возможностях именно этого прибора, хотя прочие приборы имеют сходные возможности.

Итак, что же дает GPS-навигатор велосипедисту? В первую очередь, все то же, что и всем прочим шагающим/ездящим/летающим и плавающим — а именно:

Возможность практически в любой момент путешествия знать свои координаты. Само по себе знание координат ничего вам не дает — что толку, например, знать, что находишься в точке с координатами 53°14.906’ N, 49°59.393’ E? Однако, имея мобильный телефон — вы можете позвонить другу (или в службу спасения) и сообщить свои координаты — и если у вашего визави есть GPS, он легко поймет, где именно вы находитесь, и, кроме того, легко сможет выйти на указанную вами точку с точностью ± 15 метров (в общем случае). Тут мы подошли к следующей возможности GPS-навигатора:

Возможность получить направление (и определить расстояние по прямой) на любую точку, координаты которой вам известны, практически из любой точки планеты, в которой вы находитесь. Данная функция называется навигацией на точку и позволяет кроме азимута и курса получать дополнительную информацию — время в пути до точки, время прибытия в точку. Эти параметры рассчитываются прибором по весьма хитрому алгоритму и вполне подходят для принятия решения о том, стоит ли прибавить темп, чтобы успеть на паром/электричку. Координаты точки, на которую осуществляется навигация, могут быть введены вручную, указаны на карте, загруженной в прибор (только для GPS с поддержкой встроенных карт) или представлять собой координаты запомненной прибором точки (point).

Запомнить координаты некоторого количества точек (как снятых непосредственно с местности, так и введенных вручную или загруженных из компьютера). Кроме координат, может быть записано название точки, ее высота и для ее отображения выбрана одна из иконок, библиотека которых "зашита" в навигатор.
Записать траекторию своего движения (трек, track). При этом есть два варианта хранения траектории в приборе — активный (ACTIVE LOG) и сохраненный для дальнейшего использования (saved track). При пользовании только навигатором разница — в точности следования траектории (большие сохраненные треки в целях экономии места иногда спрямляют некоторые изгибы траектории). Зато при выгрузке треков в компьютер разница становится ощутимой — сохраненные треки не содержат информации о скорости движения в точке и ее высоте (altitude). Посему выгружать трек в компьютер целесообразней сразу после поездки из активного журнала. Трек представляет собой автоматически записываемую навигатором последовательность координат точек (широту, долготу и высоту над уровнем земного эллипсоида), даты и времени записи точки (с точностью до секунд).

Записанная траектория позволяет воспользоваться режимом обратной навигации по собственному (или чужому ;) треку — то есть, приехав из точки А в точку В, вы всегда можете вернуться по собственному следу или в точности повторить свой маршрут спустя какое-то время. При этом окно навигации будет показывать вам направление на очередную точку трека и заранее предупреждать о поворотах. Алгоритм предупреждения поворотов достаточно продвинут — учитывает скорость вашего движения, указывает в виде изломанной стрелки направление и азимут поворота и автоматически включает подсветку ночью, если она настроена на автоотключение для экономии энергии. В общем, слово "заранее" означает, что у вас останется время на визуальный поиск поворота и, при необходимости, торможение — проверено при использовании и на велосипеде, и в автомобиле. Термин "Обратная навигация" означает только, что вы можете следовать по сохраненному (или загруженному с компьютера) треку — направление (к "началу" или к "концу" записанного трека) выбирается при включении режима обратной навигации.

Поскольку шанс заблудиться, повторяя свой собственный маршрут, существенно ниже чем при движении по еще ни разу не езженным местам, перейдем к следующей возможности GPS-навигаторов — возможности связать навигатор и компьютер. Именно возможность обмена информацией (как в режиме offline, так и в online) дает богатые возможности по планированию и детальной разработке маршрутов, отметке наиболее интересных для посещения мест на компьютере (с использованием электронных карт и космических снимков) с последующей загрузкой маршрута в навигатор для экономии времени и сил на собственно прохождение маршрута.Согласитесь, что ни разу не промахнуться мимо нужного поворота и точно знать, сколько километров осталось ехать — неплохая возможность для экономии сил на маршруте.

Использование данных, полученных с помощью навигатора (лучше всего чужого, если удастся получить чужие треки перед покатушкой), для анализа рельефа маршрута. Как уже говорилось ранее, для этого нужен не просто трек, а активный трек — с записью высот. В этом случае вы можете с помощью OziExplorer легко получить профиль высот маршрута, содержащий информацию о высотах, крутизне подъемов-спусков и их удаленности от начала маршрута. Сложные участки можно пометить точками (points), которые также как и треки, загрузить в навигатор перед поездкой.

Использование GPS в качестве маршрутного компьютера (trip-computer) — GPS регистрирует и хранит следующую информацию о текущем маршруте:
Скорость (текущая, она же мгновенная)
Скорость средняя — за время движения
Скорость средняя общая — с учетом времени в движении и стоянок
Скорость максимальная
Вертикальная скорость
Высота (над уровнем земного эллипсоида системы UTM — можно считать, что над уровнем моря)
Время (погрешность измерения времени — наносекунды, потому вам не понадобятся сигналы точного времени ;)
Время движения
Время стоянок
Время прибытия в текущую точку (в режиме навигации, прогноз)
Время прибытия на финиш (в режиме навигации, прогноз)
Время в пути до прибытия в текущую точку (в режиме навигации, прогноз)
Время в пути до прибытия на финиш (в режиме навигации, прогноз)
Пройденное расстояние (одометр)
Расстояние до текущей точки (в режиме навигации)
Расстояние до финиша (в режиме навигации)
Различная вспомогательная информация, типа времени восхода/захода Солнца и Луны в точке вашего нахождения и т.д. — в принципе почти никогда не нужна (кроме, пожалуй, захода солнца), но приятно ;))
При расчете прогнозируемых значений времени используется интеллектуальный алгоритм, учитывающий составляющую вектора средней скорости за последний отрезок времени, направленную на цель. Это дает возможность достаточно адекватно оценивать оставшееся время.

Как удобно закрепить GPS на велосипеде?

Для записи трека достаточно положить GPS в верхний карман рюкзака или в задний карман джерси. При этом обеспечивается хорошая видимость устройством созвездия спутников, но нулевая видимость экрана устройства вами. Подобный вариант возможен только если ваша цель — записать трек в назидание потомкам ;)
Для того, чтобы пользоваться навигационными возможностями, необходимо обеспечить, во первых, видимость прибором спутников, во вторых — видимость вами экрана, желательно, не отвлекаясь сильно от руления, и, в третьих — обеспечить относительную безопасность устройству в случае вашего падения (с велосипедом или велосипеда без вас).

Всем вышеперечисленным критериям удовлетворяет вариант с креплением навигатора на руле с одновременным использованием "рогов" для защиты прибора при кувырке через руль. Жизнеспособность прибора при данном способе крепления проверена на практике — при кувырке через руль на асфальте пострадала фара и седло, но GPS остался цел и невредим — спасли "рога".

Непосредственно для крепления можно использовать либо фирменный Garmin’овский кронштейн для крепления на мото/вело руль (продается у того же самого "Крита"), либо самодельный кронштейн (если жаба душит или нет в наличии на имеющуюся модель). Как вариант я рассматривал возможность соорудить кронштейн с использованием узлов пришедшей в негодность велофары (зажим на руль) и имеющихся в продаже автокронштейнов для крепления мобильных телефонов (зажим для GPS). Однако жаба была побеждена, и в один из зимних дней я все-таки купил фирменный кронштейн в "Крите", о чем ни разу не пожалел — крепление быстросъемное, надежное и не боится вибрации.

Можно ли заблудиться с GPS?

После прочтения всего написанного выше может сложиться впечатление, что наличие GPS на все 100% страхует вас от вероятности заблудиться или уехать не туда. Это не совсем так.
За три года эксплуатации GPS я трижды попадал в ситуации, которые можно с некоторых позиций рассматривать как "заблудился". Нет, я точно знал, где нахожусь, сколько километров до того или иного пункта — но я не знал, как туда добраться по дороге — ибо велосипед (как и автомобиль) все же очень плохо движется по абсолютному бездорожью. Первый раз я спланировал маршрут (автомобильной поездки) по атласу-двухкилометровке Самарской области. В результате дорога, по которой я ехал, внезапно кончилась (выдали желаемое за действительное ;) — и, сравнив карту с тем, что я видел воочию, я проехал по азимуту, выдаваемому GPS, километра два с половиной прямо по стерне (благо погода позволяла), потом выехал на разбитую грунтовку и еще 11 километров ехал по ней через поля, выбирая повороты по азимуту.
Второй раз я поехал вечером на велосипеде на Лысую гору и оттуда — на Барсук. Возвращаться решил другой дорогой — спрямить угол захотелось, увидел свежую хорошо укатанную грузовиками колею. Колея шла в нужном мне направлении (как показывал GPS). Но не доходя 400 метров до хорошо видной на экране GPS дороги, колея внезапно кончилась — это была дорога на вырубку. Конечно, можно было попробовать ехать через лес напрямик — если б не сгущающиеся сумерки и торчащие повсюду пеньки. Пришлось возвращаться обратно.

И последний случай — я спланировал веломаршрут через источник Св.Ильи до Ширяево — по хорошо видной на карте грунтовой дороге. Точная разметка маршрута корректировалась по спутниковому снимку 2000 года. В результате мы свернули с наезженной дороги, уходящей в лес, и поехали по малоезженой грунтовке сначала по полям, потом — по давно не езженной лесной дороге, через несколько километров возвращаться было уже далеко, а дорога совсем заросла и была настолько завалена буреломом, что о том, чтобы ехать, не могло быть и речи — к тому же попавший в переключатель сук выдрал на велосипеде брата переключатель из петуха вместе с резьбой. Я знал свои координаты, видел на карте свое местоположение, но сколько еще придется идти по лесу до дороги — представлял себе смутно, так как идти можно было только по бывшей дороге (по которой не ездили лет 15, наверное), а где эта квазидорога выйдет на более-менее наезженную — было совсем неясно. На дорогу вышли только через 4 километра и час сплошного мата — комары времени зря не теряли ;)

Конечно, элементарный анализ показывает, что во всех этих злоключениях виноват вовсе не GPS, а чувство уверенности в правильности выбранного маршрута и/или неточность карт. И тем не менее…

Недостатки GPS-навигаторов
Безусловно, GPS — навигатор не лишен недостатков, и не указать на них было бы прямой рекламой ;)) Итак:

Для нормальной работы навигатора (то есть для того, что бы он определил свое местоположение) необходимо, чтобы в зоне прямой видимости было как минимум 4 спутника. Высота орбиты орбитальной группировки спутников GPS (всего их не менее 24) — около 20 000 километров. Далее — цитата из http://garmin.com.ua/whatis.htm: "Спутники GPS передают два маломощных сигнала на частотах L1 и L2. Гражданские GPS-приемники работают на частоте L1 равной 1575,42 МГц. Прием сигналов возможен только со спутников, находящихся в пределах прямой видимости. Облака, стекло и пластик не являются преградами для сигнала, в то время как большинство плотных объектов, таких как здания, рельеф местности, металлические предметы и люди — являются".От себя добавлю, что густая сырая листва также экранирует прием сигнала, и в густом лесу возможна потеря сигналов спутников и искажение (запаздывание реакции на изменение траектории) записываемых треков, особенно если геометрия видимых спутников неудачна — мало спутников в зените. Практически потерю сигналов в лесу надолго наблюдал всего пару раз.

Сильно гористая местность также затрудняет прием сигналов и вызывает искажение сигналов за счет многократного отражения от гористого рельефа, что может приводить к ошибкам и погрешностям определения координат. При определении местоположения после включения прибора в горах в Андорре навигатор выдал координаты с ошибкой в 2000 километров — где-то в Бельгии. Правда, стоило только просто повернуться, как координаты были определены правильно и глюк больше не повторялся. Рельеф Жигулей вряд ли приведет к подобным казусам.

GPS навигатор не будет работать в здании. К чести прибора, он работает в автомобиле (отлично — на кронштейне под ветровым стеклом, хорошо — лежа на панели или на задней полке, сносно — лежа на сиденье), в автобусе, если держать его около стекла, в самолете — у иллюминатора. Все проверено лично ;).
Система глобального позиционирования GPS (Navstar) является собственностью правительства США. По этой причине правительство США оставляет за собой право как вводить погрешности в сигналы спутников системы (как это было до мая 2000 года, когда точность определения координат гражданскими приборами была загрублена до 100м), так и полностью или частично отключать вещание в гражданском диапазоне над теми или иными территориями по решению правительства США. Все же полагаю, что США не пойдут на столь жесткие меры. Пока прецедентов не было.

GPS — навигатор — довольно прожорливое устройство: свежих щелочных (Alkaline) батареек хватает летом часов на 18 непрерывной работы. По этой причине уже давно перешел на 2 пары NiMH аккумуляторов по 2100 и 2300 мАч. Пары аккумуляторов хватает на пару покатушек по целому дню, вторая свежезаряженная пара всегда есть про запас. К достоинствам прибора следует отнести индикатор степени разряда — после настройки типа используемых батарей/аккумуляторов довольно толково показывает оставшийся заряд.
Устройство анонсируется как защищенное от влаги по IPX-7 (GARMIN eTrex) — то есть брызговлагозащищенное, но ронять в воду я бы его не стал ;), хотя дождь интенсивности ливня оно переносит стоически. Падение в воду чревато в первую очередь попаданием влаги в аккумуляторный отсек, хоть он и имеет резиновый уплотнитель. В линейке GARMIN, впрочем, есть и плавающие модели.
Приборы, хотя и заключены в ударопрочный пластиковый корпус с резиновой окантовкой, имеют довольно хрупкий LCD-экран, посему обращаться с ними стоит поаккуратней — во всяком случае, стараться предохранять от ударов по экрану. Вибрации переносит стоически — тут нареканий нет.
Цена — приборчик все же недешев.

Вместо заключения
Как и производители GPS, я призываю не полагаться в вопросах навигации только на прибор (как, впрочем, ни на одно отдельно взятое средство навигации — будь то карта, компас, советы местного населения или велокомпьютер ;). Прибор — он и есть прибор, имеет право сломаться, разбиться, да просто батарейки не вовремя сядут или спутники будут чем-либо экранированы.
Навигация в первую очередь определяется тем, что у вас в голове, и только во вторую — навигаторами и компасом с картами.

P.S.
Скептикам могу заметить, что можно ориентироваться и без GPS, планировать и проводить велопокатушки на неделю-две по картам 10-километровкам и "Атласу автодорог СССР", ходить пешком с рюкзаком Абалакова, ездить на "Туристе" с компасом и сплавляться по рекам по калькам и даже по словесным описаниям типа "после порога плыть 3 часа до водопада, перед которым лучше бы пристать". Что я раньше все и проделывал ;).
Конечно, можно обходиться без мобильного телефона и GPS — но ведь с ними проще, безопасней и времени любоваться природой остается больше.
P.P.S.
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН от 07.07.2003 N 126-ФЗ (ред. от 09.05.2005) "О СВЯЗИ"
[...]
Статья 22, пункт 5, абзац 2
Радиоэлектронные средства, используемые для индивидуального приема программ телевизионного вещания и радиовещания, сигналов персональных радиовызовов (радиопейджеры), электронные изделия бытового назначения и средства персональной радионавигации, не содержащие радиоизлучающих устройств, используются на территории Российской Федерации с учетом ограничений, предусмотренных законодательством Российской Федерации, и регистрации не подлежат.

Текст: Сергей Судариков AKA Honzales. Фото автора.
Источник: Velosamara.org.ru