CAI Club Alpino Italiano Sezione di Ascoli Piceno Corso di Orientamento con GPS

1. CAI Club Alpino Italiano Sezione di Ascoli Piceno Corso di Orientamento con GPS Gennaio – Febbraio 2013 “Introduzione al GPS” AE-EAI – L. Filippo Giantomassi

2. Introduzione al GPS PREMESSA • Preliminari …… saper riconoscere i propri limiti …… e lavorarci sopra! 2. Prima di usare un GPS dovete imparare almeno un minimo di orientamento …. altrimenti a nulla serve il GPS,anzi ….!! • Per imparare veramente ad usare il GPS in montagna …. Sono necessari alcuni sacrifici da parte vostra: • vi dovrete studiare il libretto di istruzione del vostro strumento, perché non è possibile spiegare a tutti le istruzioni di tanti strumenti diversi ………! • Vi dovrete sorbire un po’ di teoria, perché alcuni concetti sono necessari per incorrere in madornali errori • L’uso del PC è fondamentale per pianificare le escursioni e poi per rivedere / comprendere casa abbiamo combinato in escursione

3. Introduzione al GPS Il sistema satellitare GPS Nascita del sistema Global Positioning System (GPS): Ideato nel 1973 dal DoD (Departement of Defence) degli Stati Uniti d'America a fini militari, il sistema divenne operativo il 27 aprile del 1995. La sua realizzazione è costata agli USA 12 miliardi di dollari. La costellazione dei satelliti: Noto anche come NAVSTAR (Navigation System with Time and Ranging), il sistema si basa su di una costellazione di 24 satelliti in orbita intorno alla Terra ad una quota di circa 20.200 km. Il periodo di rivoluzione è di 11 ore e 58 minuti. Essi sono distribuiti su sei orbite (4 per orbita) inclinate di 55° rispetto al piano dell'Equatore. Mediamente, da ogni punto del globo sono visibili contemporaneamente dai 5 agli 8 satelliti. Il sistema russo GLONASS: Sistema analogo grossomodo a quello GPS americano. In orbita ci sono quindi altri 24 satelliti. Per alcuni GPS (in questo momento l’unico commerciale è l’Etrex 30) esiste la compatibilità e quindi un vantaggio sulla precisione, specie in luoghi con scarsa ricezione. In arrivo anche GALILEO!

4. Segmento di Controllo Introduzione al GPS Il sistema satellitare GPS E’ composto da stazioni terrestri che, oltre a provvedere al monitoraggio ed alla manutenzione dei satelliti, inviano informazioni sulla posizione degli stessi (effemeridi) e correggono periodicamente gli orologi atomici di bordo. Tali informazioni vengono memorizzate e trasmesse continuamente agli utenti a terra. La stazione principale è a Colorado Spring negli USA, le altre sono posizionate in isolette sperdute…: Haway nel Nord Pacifico Ascension nel Sud Atlantico Diego Garcia nell'Oceano Indiano Kwajalein nel Pacifico.

5. Introduzione al GPS Il sistema satellitare GPS

6. Introduzione al GPS Cenni sul funzionamento del GPS Funzionamento Il ricevitore fondamentalmente misura la distanza che lo separa dai satelliti visibili, con estrema precisione. Per far questo, l'orologio del ricevitore è periodicamente sincronizzato con gli orologi atomici presenti a bordo dei satelliti (2 orologi al cesio e 2 al rubidio per satellite, a loro volta controllati dalle stazioni terrestri). I satelliti inviano continuamente dei segnali, che sono confrontati dal ricevitore GPS con un analoghi segnali prodotti internamente dallo strumento. I segnali (generati da ogni satellite e dal ricevitore) sono sincroni al momento della loro emissione. A causa della distanza, quello satellitare giunge con un certo ritardo al ricevitore e quindi risulta sfasato rispetto a quello da questo prodotto. Questa sfasatura viene misurata e tradotta in intervallo di tempo. Tale intervallo, moltiplicato per la velocità del segnale, fornisce la distanza satellite-ricevitore.

7. Misura della distanza Satellite - Utente L’orologio del ricevitore GPS è perfettamente sincronizzato con gli orologi atomici a bordo dei satelliti. Il segnale inviato da ciascun satellite “individuato/visto” dal GPS, viene confrontato con quello prodotto dal ricevitore GPS stesso. Lo sfasamento misurato sarà proporzionale alla distanza tra il satellite ed il ricevitore GPS Satellite Ricevitore GPS Introduzione al GPS Cenni sul funzionamento del GPS

8. Misura della distanza Satellite - Utente Satellite Messaggi generati contemporaneamente dal satellite e dal ricevitore GPS ….. nello stesso istante! Ricevitore GPS Introduzione al GPS Cenni sul funzionamento del GPS

9. Misura della distanza Satellite - Utente D = Distanza dal Satellite t = Tempo impiegato dal segnale per raggiungere il ricevitore dal satellite c = velocità del segnale (circa quella della luce) D = t  c Satellite Ricevitore GPS Introduzione al GPS Cenni sul funzionamento del GPS Adesso vediamo perché ci servono più satelliti per calcore la nostra esatta posizione …….

10. Introduzione al GPS Cenni sul funzionamento del GPS Determinazione della posizione (1/3) Se il GPS “vede” 1 satellite  non è sufficiente !! Il risultato sono tutti i punti di una circonferenza equidistanti dal satellite individuato

11. Introduzione al GPS Cenni sul funzionamento del GPS Determinazione della posizione 2/3 Se il GPS “vede” 2 satelliti  non sono sufficienti !! Il risultato sono i due punti di intersezione tra due circonferenze

12. Introduzione al GPS Cenni sul funzionamento del GPS Determinazione della posizione 3/3 Se il GPS “vede” 3 satelliti  è teoricamente sufficiente ad individuare un punto…. ……… In realtà ne occorrono almeno 4 / 5 per una buona precisione (in particolare il quarto per determinare l’errore dell’orologio ed eseguirne una compensazione)

13. Introduzione al GPS Cenni sul funzionamento del GPS

14. Introduzione al GPS Cenni sul funzionamento del GPS • Errori / Imprecisione • Variazioni di velocità del segnale nell'attraversamento della ionosfera e della troposfera • Errori degli orologi e delle orbite • "Rumore" del ricevitore (qualità del ricevitore GPS) • Segnali riflessi da superfici vicine che disturbano il segnale principale (per esempio: pareti di roccia) • La misura dell'imprecisione è chiamata DOP (Dilution of Precision) e in alcuni ricevitori viene calcolata ed indicata. • L'errore più consistente era la S/A (Selective Availability), errore indotto artificialmente dagli USA per motivi di sicurezza, al fine di impedire ai nemici di utilizzare il sistema contro gli USA stessi. Fortunatamente, dal 1° maggio 2000 la S/A è stata eliminata. L'imprecisione che prima era dell'ordine dei alcune decine di metri, è sceso ora a pochi metri.

15. Introduzione al GPS Un po’ di Terminologia ….. Waypoint Il waypoint è un punto d'interesse, memorizzato nel ricevitore, tramite le sue coordinate, l’altitudine, nome, descrizione ed altre informazioni Rotta Una linea “spezzata” che unisce una serie di waypoint, opportunamente posizionati e che costituisce un supporto utile al raggiungimento per “tappe” di una meta finale. Traccia Insieme “quasi continuo” di punti (individuati da coordinate), che riportano con una buona approssimazione il percorso effettuato, “memorizzato” dal ricevitore GPS, oppure “simulato” su computer e poi scaricato sul ricevitore. Fix: la posizione attuale. Prua (Heading): la direzione di avanzamento. Rilevamento (Bearing): è la direzione dal fix al punto di destinazione

16. Introduzione al GPS Cosa ci facciamo del GPS in montagna? In ordine di complessità: • Registrazione del percorso di una escursione, utile per: • sicurezza (ripercorrerla in senso opposto in caso di emergenza…) • avere un archivio di tracce (occorre però sapersi interfacciare con un computer) • Memorizzare l’esatta posizione di punti di interesse e inserirlo in relativo archivio (anche qui occorre interfacciarsi con un computer) • Impostazione (senza computer) di una rotta, utile per: • Pianificare un’escursione, seguendo le indicazioni di una carta e/o di una guida • pianificare un’escursione, anche dove non ci sono evidenti sentieri (necessaria un’adeguata capacità di lettura della carta!) • guidarci nell’escursione a raggiungere punti “strategici” lungo il percorso e quindi la meta finale …… • Registrazione del percorso e dei punti di interesse • Impostazione (con computer) di una rotta e/o traccia, utile per: • Pianificare un’escursione, seguendo le indicazioni di una carta e/o di una guida • pianificare un’escursione, anche dove non ci sono evidenti sentieri (necessaria un’adeguata capacità di lettura della carta!) • pianificare un’escursione per raggiungere punti “strategici” lungo il percorso e quindi la meta finale • Georeferenziare una nostra carta • Inserire una nostra carta nel GPS

17. Cosa ci facciamo del GPS in montagna? CON L’AUSILIO DI UN COMPUTER PER ARCHIVIARE ED ELABORARE DATI SENZA L’AUSILIO DI UN COMPUTER uso "base" Registrazione tracce Richiamo di tracce registrate BackTrack di una traccia Registrazione di WP Ricerca di un WP registrato • Archiviazione tracce, WP e rotte • Richiamo di dati archiviati • Georeferenziare una carta • Elaborare Tracce • Impostare WP • Elaborare Rotte • Invio dati al GPS • Lettura dati dal GPS • Altre funzionalità disponibili con il computer • Preparazione “a tavolino” di una escursione • Impostazione di WP • Elaborazione di una rotta • Uso di una rotta uso "avanzato" uso leggermente "avanzato" 17

18. Introduzione al GPS Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori • Stabilire un budget di spesa • Scegliere modello / accessori • Scegliere dove (come) acquistare

19. Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori

20. Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori • Garmin ETREX 30 • Dimensioni ridotte • Dimensione schermo 2,2’’ • Touchscreen • Possibilità di inserire proprie mappe • 24 canali in più (compatibile con sistema russo GLONASS) • Ottima autonomia 25h • Memoria e capacità interna superiori • 200€ • Garmin DAKOTA • Dimensioni ridotte • Dimensione schermo 2,6’’ • Touchscreen • Possibilità di inserire proprie mappe • Autonomia 20h • 200€

21. Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori Oregon 450 Montana 600 62st • Dimensioni medie • Dimensione schermo 3’’ • Touchscreen – buona risoluzione • Possibilità di inserire proprie mappe • Autonomia 16h • 320€ • Dimensioni medie • Dimensione schermo 2,6’’ • Media risoluzione • Possibilità di inserire proprie mappe • Autonomia 20h • 350€ • Dimensioni medie • Dimensione schermo 4’’ • Touchscreen – buona risoluzione • Possibilità di inserire proprie mappe • Autonomia 16h – 20h • 400€

22. Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori • Dimensioni medie • Dimensione schermo 3.5’’ • Touchscreen – buona risoluzione • Possibilità di inserire proprie mappe • Buona cartografia preinstallata • Autonomia 20h • 400€ • Dimensioni medie • Dimensione schermo 3.5’’ • Touchscreen – buona risoluzione • Possibilità di inserire proprie mappe • SW CompeGPS • Autonomia 20h • 650€

23. Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori • Palmari • Smartphone • Tablet

24. Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori • Accessori Indispensabili • Buone Batterie ricaricabili (scorta) e relativo caricabatteria • Custodia protettiva • Clip per aggancio allo spallaccio dello zaino • Laccio di sicurezza (di solito in dotazione), per assicurare il GPS allo zaino • Cavo per il collegamento al PC (di solito comunque fornito in dotazione con il GPS) • Cartografia in formato digitale (impareremo però a «costruircela») • SW per elaborazione dati: waypoint, tracce, rotte, mappe …. Per esempio OK Map, OZI Explorer, CompGPS , BaseCamp… • PC - Scanner • Accessori Utili • Antenna esterna • SW cartografico, per i modelli con funzioni di GPS Stradale (p.e. Autorouting)

25. Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori Scegliere dove (come) acquistare Internet: Si trovano ottimi prezzi ….. Occorre avere un po’ di coraggio …… Negozi: E’ bene girarne più di uno e trattare sia sui prezzi (possono offrire servizi, come supporto in caso di guasti/rotture, altrimenti occorrerà rivolgersi direttamente al centro assistenza) Usato: E’ possibile fare buoni affari, sia in internet (p.e. ebay), sia da persone che hanno deciso di acquistare un nuovo modello .. Anche qui occorre avere un po’ di coraggio ……

26. Impostazioni principali Per aiutarvi nello studio delle istruzioni del vostro GPS

27. Impostazioni principali Acquisizione dei satelliti All’accensione passeranno alcuni istanti, prima che il GPS “capisca” dove si trova e fornirà le coordinate esatte. In particolare, se l’ultima volta che lo si è spento, ci si trovava “lontano” dall’attuale posizione, ci vorranno alcuni minuti… • Nord Su / Traccia Su: • È un importante impostazione …… • con “Nord Su” la parte alta dello schermo rappresenterà sempre il Nord, • con “Traccia Su” la direzione di percorrenza sarà sempre verso la parte alta dello schermo (tipica dei GPS stradali) Indica la direzione di movimento La circonferenza esterna indica l’orizzonte • Importante !! • Aspettare sempre che l’acquisizione dei satelliti si sia stabilizzata (Fix stabile) prima di iniziare l’escursione La circonferenza interna indica una posizione intermedia (45°) rispetto all’orizzonte 27

28. Impostazioni principali Configurazione del GPS: Fondamentale, prima di iniziare con l’uso del GPS, impostare alcuni parametri. In particolare: FORMATO POSIZIONE e MAP DATUM: FORMATO POSIZIONE  impostate UTM UPS, che ormai è lo standard con cui si esprimono le coordinate MAP DATUM  consiglio di usare WGS84, il sistema con cui lavora sempre il GPS ….. cambiare (per esempio Europa 50), significa far fare al GPS dei calcoli di conversione, con un’inevitabile incremento di errore.

29. Impostazioni principali Configurazione del GPS: E’ importante inoltre sapere che occorrerà impostare anche questi altri parametri. IMPOSTAZIONE GPS  “Normale”, “Risparmio Batteria”, “GPS Off”. WAAS/EGNOS  sistemi rispettivamente Americano ed Europeo, per migliorare la precisione del rilevamento, tramite una serie di stazioni a terra. BATTERIE  se ricaricabili (NIMh) o usa e getta (Alcaline) …. Va impostato perché hanno una tensione leggermente diversa. ALIMENTAZIONE ESTERNA ESTERNA  cosa vogliamo faccia il GPS, una volta tolta un’eventuale alimentazione esterna (p.e. USB)

30. Impostazioni principali Attivazione Registrazione Traccia: Fondamentale, al momento di iniziare l’escursione, attivare la registrazione traccia (ON), altrimenti sapremo costantemente la nostra posizione, ma non registreremo il percorso effettuato. Alla fine dell’escursione è importante, prima di spegnere il GPS, disattivare la registrazione della traccia (riposizionarsi su Off), altrimenti appena lo si riaccende, magari a casa oppure all’inizio della prossima escursione, vi troverete alla fine un’unica traccia con una bella linea lunga che collegherà l’attuale posizione con l’ultimo punto dell’escursione….

31. Impostazioni principali • IMPOSTAZ.: • Sovrascrivere se pieno • Metodo di registrazione (Auto – per distanza – per tempo) • Intervallo (se metodo di registrazione “Auto”  Normale – più frequente – meno frequente. Oppure in funzione dell’impostazione del metodo di registrazione ….) • Colore della Traccia • ELIMINA: Cancella tutto la traccia mantenuta in memoria • TRACBACK: serve ad essere guidati a “ritroso”, ripercorrendo la traccia registrata • SALVA: Salva le tracce non ancora memorizzate (va usato a fine escursione, prima di spegnere………… però attenzione: in questo modo la traccia salvata avrà un numero di punti massimo, 500 o 1000, in funzione del GPS, perdendo così un po’ di definizione)

32. Impostazioni principali Azzeramento Computer Viaggio: Il computer viaggio è una schermata che contiene una serie di dati da noi scelti …….. Di solito quelli maggiormente usati sono: Km percorsi – Velocità Istantanea – Velocità ascensionale – Tempo di percorrenza totale – Tempo di percorrenza in moto – Velocità Media – Altitudine – Dislivello totale (se il GPS è dotato di altimetro) – Coordinate della posizione. Comunque ci sono molti altri parametri che possono scelti e visualizzati. Se vogliamo avere i dettagli dell’escursione che si è in procinto di fare E’ importante azzerare tutti questi dati alla partenza

33. Impostazioni principali Batterie: Usare batterie Alcaline (quelle NON ricaricabili, per intenderci) o batterie NiMh (le ricaricabili di recente generazione). Da escludere l’uso di batterie Zinco-Carbone (a causa delle scarse prestazioni) e le ricaricabili Ni-Cd (perché inquinanti e con notevole “effetto memoria”) . Ovviamente ricordatevi di portare un set di batterie di ricambio …. Non si sa mai!

34. Impostazioni principali • Se avete un GPS con altimetrobarometrico e bussolaelettronica due consigli !!!! • TENETE SPENTA LA BUSSOLA qiando non vi serve, altrimenti l’autonomia si ridurra’ drasticamente (+/- al 30% della durata) • DISATTIVATE LA FUNZIONE che tara costantemente l’altimetro barometrico con quello satellitare, altrimenti, oltre ad avere un errore elevato (nelle zone con poca «copertura» il dato satellitare potrà essere poco preciso), la misura del dislivello complessivo sarà totalmente inaffidabile, come pure il grafico dell’altimetria del percorso. Inoltre sempre meglio avere due riscontri.

35. Impostazioni principali • Posizioniamo il GPS sullo Zaino • posizione di massima ricezione, in funzione delle caratteristiche dell’antenna • Se fa molto freddo  regolatevi con la disponibilità delle batterie! • Potrebbe essere conveniente metterlo in una tasca …… • Il consiglio è di dimenticarselo ….. godetevi l’escursione e utilizzate carta, altimetro e bussola …….. In caso di emergenza potrete comunque contare su un amico, che nel frattempo sta memorizzando il percorso, cioè la traccia • Non dimentichiamoci che potrebbe servire in caso ci si perda, nebbia oppure occorre fornire l’esatta posizione in caso di richiesta di soccorso

36. Ricavare le coordinate di un WP direttamente da una carta A partire da una carta escursionistica georeferenziata (occorre conoscerne il relativo map datum) è possibile estrapolare le coordinate di un qualsiasi punto……. Possono essere calcolate le coordinate di punti topici per un’escursione, così che poi ci potremo costruire una rotta. La precisione con cui si riporteranno i punti sul GPS dipenderà dall’accuratezza con cui si svolgeranno i calcoli, tuttavia sarà piuttosto limitata (considerare che 1mm  25m). Una volta calcolati, i WP di interesse potranno essere memorizzati nel GPS + + 363040 E – 4652080 N

37. Pianificare un’escursione - un assaggio 13 14 12 15 11 10 16 17 9 5 18 6 4 8 3 7 2 1

40. Pianificare un’escursione - un assaggio Supponiamo di usare una carta …..…..e un gps • Nel pianificare un percorso (Rotta), identifichiamo sulla carta una serie punti di riferimento lungo il percorso (waypoints) che poi possono essere riconosciuti sul terreno, con densità tanto maggiore quanto più tortuoso è il percorso; • Tali punti poi ci serviranno per verificare la nostra posizione, soprattutto in casi di scarsa visibilità, zone con pochi riferimenti e quindi particolarmenti difficili per l’orientamento • Per questo tipo di impiego il waypoints, o punto di riferimento, svolge un ruolo fondamentale. • La griglia di coordinate riportate sulla carta è di grande utilità per determinare le coordinate dei waypoint. • Da quanto vedremo, si riconoscerà che è molto importante maturare una certa pratica con l’uso delle coordinate in vista di un uso intenso del sistema di posizionamento GPS.

41. Pianificare un’escursione - un assaggio Supponiamo di usare una carta …..…..e un gps • L’esercizio è la suddivisione di un percorso in una sequenza di wpt, e la misura delle loro coordinate sulla carta  • disponiamo di una carta aggiornata, tipicamente 1:25.000 (attenzione alle fotocopie, perché potrebbero non essere perfettamente in scala!!) • la carta è dotata di un reticolo UTM • disponiamo di un coordinatometro, o scalimetro di scala appropriata alla carta, nel nostro caso 1:25 (lo scalimetro è simile a un doppio decimetro, ma la scala non è in centimetri bensì graduata in modo da rendere immediato il valore della coordinata. Per uno scalimetro 1:25, ogni tacca corrisponde a 10 metri). • Disponiamo di una lente di ingrandimento e di una superficie piana di appoggio • Identifichiamo il nostro percorso sulla carta, dobbiamo determinare la sequenza di punti lungo il percorso.

42. Pianificare un’escursione - un assaggio Supponiamo di usare una carta …..…..e un gps • Consideriamo un caso limite, dove privilegiamo il fattore sicurezza: • desideriamo trovare un wpt ad. es. ogni 5 minuti. Camminando lentamente (ad es. in caso di scarsa visibilità), con una velocità di 2 km/ora, avremo 6 punti per ogni km percorso. • Una escursione di 10 km comporterà 60 punti da memorizzare!! • Questa impostazione ci consentirà di poter costantemente verificare la nostra posizione, ma …. • Quanto tempo dobbiamo impiegare per ricavare le coordinate di 60 punti? • in questi casi, è conveniente pensare ad una forma semiautomatica di digitalizzazione del percorso, con l’aiuto del computer!

43. Introduzione al GPS