GPS navigace a geocaching jako její praktická aplikace ve volnočasové aktivitě
Zdeněk Drvota (dr.vota) KID, DFJP Univerzita Pardubice
Globální družicový polohový systém Global Navigation Satellite Systém – GNSS
družicový radiový dálkoměrný systém bod se známou polohou – vysílač rádiové vlny s časovými značkami přijímač - vyhodnocení
(NAVSTAR) GPS
První plně funkční
Alternativní systémy
2
GLONASS (2010-2011) Compass (2011) Galileo (2008, 2012, 2014???)
GPS Global Positioning Systém vojenský polohový družicový systém (Ministerstvo obrany USA, 12 miliard dolarů + 600900 milionů ročně) Vývoj zahájen 1973 NAVSTAR GPS Určení polohy a času Část služeb i pro civilní účely
3
Jak funguje GPS - kosmický segment Projektován na 24 družic Nyní až 32 Výška 20 350 km (n.p.) 6 kruhových drah, sklon 55°, 60° vzájemný posun doba oběhu kolem Země 11h 58min (polovina siderického dne) Vždy nejméně 6 satelitů „viditelných“, nejčastěji 8
4
Jak funguje GPS – družice NAVSTAR asi 1,8 tuny 3 až 4 velmi přesné (10-13s) atomové hodiny s Rb, dříve také s Cs oscilátorem 12 antén RHCP pro vysílání radiových kódů v pásmu L (1000-2000 MHz, L1-L5) Další antény, detektory, solární panely a baterie
5
Jak funguje GPS – řídící segment velitelství - Navstar Headquarters letecká základna Los Angeles v Californii v USA. řídicí středisko (MSC, Master Control Station), na letecké základně Schriever USAF v Colorado Springs, 2nd Space Operations Sq. Záložní řídící středisko (BMCS, Backup Master Control Station) umístěné v Gaithersburg (Meryland, USA) přebírá cvičně 4× do roka řízení systému, v nouzi je připravena do 24hodin. 3 povelové stanice (Ground Antenna), které jsou umístěny na základnách USAF: Kwajalein, Diego Garcia, Ascension Island případně i Cape Canaveral. 18 monitorovacích stanic (Monitor Stations), které jsou umístěny na základnách USAF
6
Jak funguje GPS – uživatelský segment Příjem signálu z družic nad obzorem Z přijatých dat (časové značky, znalost polohy družic) – vypočítá
polohu antény, nadmořskou výšku získá přesné datum a čas.
4 družice - 4 rovnice koule o 4 neznámých, převod souřadných soustav
Komunikace pouze od družic k uživateli, GPS přijímač je pasivní. 7
GPS přijímače podle přijímaných pásem:
Jednofrekvenční * dvoufrekvenční vícefrekvenční (připravují se pro pásmo L5)
podle kanálů:
jednokanálové (v raných fázích projektu GPS) Vícekanálové *
podle principu výpočtů:
Kódová * fázová a kódová Dopplerovská Úhloměrná
Civilní (SPS): L1, C/A, <10-6 s Autorizované (PPS): L1+L2, C/A+P(Y) , <10-7 s
8
GPS a přesnost Vztažná soustava WGS84
elipsoid s poloosami ~ 6378 a 6356 km
Efemeridy - změny drah družic Relativistické efekty
pohybová rychlost družice (Speciální teorie relativity): hodiny se zpomalují o −5×10−9% vůči pozemským rozdílné gravitační potenciály (Obecná teorie relativity) - intenzita gravitačního pole klesá s druhou mocninou vzdálenosti (pro orbit družic 16×): hodiny se zrychlují +50×10−9% Celkem +45,5×10 −9 % oproti pozemským hodinám ±0 %
Ionosférická a troposférická refrakce Vícecestné šíření signálu a přijímač Geometrické rozmístění družic na hemisféře Sagnacovo zakřivení – přepočet časových údajů na rotační systém WGS 84 (desítky metrů!) Selektivní dostupnost (Selective Availability)
9
+ umělá chyba 45 m
25. března 1990- 1. května
2000
Geocaching - historie
2.5.2000 Dave Ulmer publikoval první zmínku „Stash Game“ 3. 5.2000 Dave umístil první keš hry GPS Stash Hunt – Stash #1 na souřadnicích: N 45°17.460 W122° 24.800 4. 5.2000 nalezl tuto první keš Bob Perschau 1. 6.2000 - "oficiální" název nové hry je geocaching První a dosud aktivní keš v ČR je GCE50 Tex-Czech od Kennetha, McKeny a Ethana z 1.6.2001 umístěná v přírodní rezervaci u Štramberku. 10
Co je geocaching?
„Geocaching je hra. Skoro počítačová. Její smysl je honění se za jakýmsi pokladem, zvaným cache či keška. Panáček v terénu, přezdívaný kačer, má v ruce přístroj GPS (Gde Proboha Sem), který mu říká, kam má jít. Když dojde, začne hledat. Když nenajde, pojde.“ (Necyklopedie)
11
Co je geocaching
hra na pomezí sportu a turistiky použití navigačního systému GPS při hledání skryté schránky nazývané cache - „keš“, „keška“, známy jen její zeměpisné souřadnice Geocacher (geokačer nebo prostě kačer) Po objevení cache, zapsání se do logbooku a případné výměně obsahu ji nálezce opět uschová a zamaskuje. umisťování keší na místech, která jsou něčím zajímavá V popisu cache (listing) jsou uvedeny informace o místě „Geocaching is the real-world treasure hunt that's happening right now, all around you.There are 2,597,291 active geocaches and over 6 million geocachers worldwide. “ (14.4.2015) 12
Cache - keš
vodovzdorná, většinou plastová schránka obsah
deník (tzv. logbook), pro zápis nálezců drobné předměty na výměnu trasovatelné předměty (TB - travelbugy nebo GC geocoiny)
zakladatel cache (owner) po jejím umístění zveřejní její souřadnice 13
Listing
14
Typy keší - podle velikosti schránky
Micro – velmi malá schránka, „filmovka“
Nano – velmi velmi malá
Small – do 0,5-1litru Regular – nad 1 litr Large – asi nad 5 litrů
15
Typy keší – podle charakteru
Tradiční cache (český výraz tradicionálka) - přímo na místě definovaném zveřejněnými souřadnicemi. Multi cache (český výraz multina) - k nalezení cílové (tzv. finální) skrýše je potřeba nalézt nejprve pomocné skrýše (stage) nebo získat indicie a z nich nalézt skrýš finální. Mystery/puzzle/unknown cache (český výraz mysterka) - zveřejněné souřadnice ukazují zpravidla do blízkého okolí cache, ale skutečné souřadnice musí geocacher dopředu získat například prostudováním nějakých informací, vyluštěním hádanky, šifry apod. Někdy se též tato cache nazývá unknown. Letterbox - Kombinace geocachingu a starší hry letterboxing. Oproti tradiční cache obsahuje navíc razítko, které si nálezce otiskne do svého deníčku. 16
Earthcache - obdoba virtuálních keší. v místech s geologickou či jinou zajímavostí týkající se planety Země Event cache - setkání geocacherů. Společenská událost spojená např. s určitým programem (+MEGA, GIGA). Cache In-Trash Out Event (CITO) setkání (speciální event), na kterém se geocacheři snaží vyčistit vybrané území od nepořádku a odpadků. „na dožití“: Webcam cache - speciální cache, přivede geocachera před objektiv konkrétní popsané webkamery. Virtuální cache (český výraz virtuálka) na zadaných souřadnicích není ukryta žádná skutečná schovaná schránka. Geocacher musí na hledaném místě něco zjistit (např. jména na pomníku apod.) a odeslat tyto informace ownerovi cache pro uznání logu.
Obtížnost a terén keše (Difficulty and terrain)
Terén 1 – silnice a chodníky, zpevněné cesty, cesty v parku nebo značené turistické či lesní cesty, polní cesty apod.; tedy všechny cesty, po kterých se mohou pohybovat úplně všichni včetně maminek s kočárky, invalidní vozíky nebo geocacheři na kolečkách Terén 2 – nezpevněné cesty v libovolném terénu, vyšlapané cestičky, jednoduchý lesní nebo polní terén mimo cesty, louky; tedy terén, který nečiní problém pohybu zdravému jedinci či dětem Terén 3 – terén bez cest s obtížnějším pohybem, např. strmý kopec, hustá vegetace, smrčina, houští, kopřivy, přeskakování potoků; takový terén, kam se dostane většina z nás ale již s drobnými obtížemi (škrábance, zadýchání, samovolný únik moči…) Terén 4 – terén přístupný sportovně zdatným jedincům zahrnuje velmi strmé svahy střídající se se skalkami, bažinaté a močálové terény, horolezecké terény schůdné za pomoci rukou bez horolezeckého vybavení, nutnost přebrodění řeky (potok, který lze snadno přeskočit, patří do terénu 3), dále se doporučuje pro všechny keše, pro které se musí vylézt na strom/zeď nebo učinit jiné sportovní výkony Terén 5 – jen pro velmi otrlé povahy, velmi náročný terén vyžadující použití speciálního vybavení – horolezecké, potápěčské 17
Obtížnost 1 – snadno identifikovatelné skrýše díky popisu či nápovědě (při pečlivé domácí přípravě dohledatelné i bez GPS), vhodné pro úplné začátečníky, např. úkryt v kořenech stromu, pokud je tento strom jediný v širokém okolí, druhý sloup od brány apod. Nepatří sem MultiCache. Obtížnost 2 – jednoduché Multi-Cache,Tradiční Cache se standardním ukrytím, např. stromy a pařezy v lese mimo cesty Obtížnost 3 – složitější Multi-Cache (dlouhé, s velkým množstvím bodů nebo náročným výpočtem), všechny keše vyžadující kvalitní domácí přípravu – hlavně Mystery Cache, Tradiční Cache s důmyslným úkrytem, který vyžaduje jisté popřemýšlení Obtížnost 4 – časově náročné cache, obtížné Mystery Cache, složité šifry, velmi těžko objevitelé úkryty v běžném terénu, super dlouhé Multi-Cache Obtížnost 5 – nejtěžší Mystery Cache s velkou časovou náročností a náročností na intelekt cachera. Ne každému se podaří objevit keše s touto obtížností. Sem patří i mezinárodní twinprojekty.
Na kterou to bude?
18
Na lov!
19
Hledání cesty
20
Found it!
21
Zdroje
http://cs.wikipedia.org/wiki/Globální_družicové_polohové _systémy http://cs.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System http://www.kip.zcu.cz/kursy/svt/svt_www/3_soubory/3_1. htm http://cs.wikipedia.org/wiki/Geocaching http://wiki.geocaching.cz/wiki/Hlavní_strana http://necyklopedie.wikia.com/wiki/Geocaching http://www.geocaching.com/ http://www.geocaching.cz/ 22
Děkuji za pozornost Zdeněk Drvota (dr.vota) KID, DFJP Univerzita Pardubice
[email protected] www.drvota.net
23
