Volgens het woordenboek is navigatie'kennis die nodig is voor het leiden van een vaartuig naar een
doel'. Navigeren heeft te maken met het bepalen van
positie en koers en het vermijden van moeilijkheden op weg naar een
doel. Navigatie is van oudsher iets voor schepen, zowel te water als
in de lucht. Ook voor de schepen van de woestijn is navigatie
belangrijk. De leiders van karavanen door de Sahara zijn misschien
wel de oudste navigators ter wereld.
Navigeren heeft dus alles te maken met:
Om te kunnen navigeren bestaan verschillende hulpmiddelen. Het Global Positioning System en gebruik van een GPS-Navigator (kort GPS) combineert de mogelijkheden van kaart en kompas op een slimme manier. Met één apparaat kunnen positie, doel en koers worden bepaald. Dank zij de elektronica kunnen snelheid, afstand en afgelegde route worden bijgehouden. In combinatie met een computer kunnen routes worden samengesteld en in het apparaat worden geladen voor later gebruik.
Toepassing van GPS heeft ook nadelen. De GPS-Navigator blijft een kwetsbaar stuk elektronica, dat bij continu gebruik zeer veel stroom verbruikt. Met 4 AA alkaline batterijen van goede kwaliteit doe je 4 tot 5 uur. Verder heeft een GPS een verplaatsing nodig om nuttige informatie op te leveren. Op een vaste plaats geeft een GPS-Navigator uitsluitend je positie, de juiste (atoom)tijd en het moment waarop de zon op en onder gaat. Een GPS-Navigator is geen vervanger voor een kompas!
Wie goed wil kunnen navigeren moet eigenlijk om kunnen gaan met de eenvoudigste hulpmiddelen voor navigatie: kaart en kompas. Hiermee leer je niet alleen de basis van het navigeren, maar ben je ook het minst kwetsbaar voor weersomstandigheden (wolken die satteliet-ontvangst belemmeren) en lege batterijen. Het beste kan een GPS-Navigator samen met kaart en kompas worden gebruikt. Vooral de combinatie van GPS en kompas is handig omdat dit enorm veel stroom kan besparen: de koers die je volgens je GPS moet volgen om je doel te bereiken, kan net zo gemakkelijk van een eenvoudig peilkompas worden afgelezen! Een goede kaart is verder onmisbaar bij de voorbereiding van een tocht en het uitzetten van routepunten of waypoints.
Het Global Positioning System (GPS) bestaat uit 24 satellieten die rond de aarde draaien. Ieder van deze satellieten draait twee keer per dag in een vaste baan om de aarde en zendt een uniek signaal uit. Met een GPS-Ontvanger kunnen deze unieke signalen worden opgevangen en verwerkt.
De GPS-Ontvanger of -Navigator verwerkt de signalen van de kunstmanen met behulp van de in de ontvanger ingebouwde almanak. Kort gezegd bevat deze almanak een beschrijving van de banen om de aarde van alle satellieten van het GPS. Samen met het unieke signaal van de satellieten en de tijd die het signaal er over doet om de GPS-Ontvanger te bereiken kan de exaxte plaats op de aarde worden bepaald. Voor de tijdmeting heeft ieder van de satellieten een zeer nauwkeurige atoomklok aan boord.
De plaatsen op aarde met een zelfde tijdsinterval tussen satteliet en positie liggen in een cirkel. Om één unieke positie op aarde te kunnen bepalen zijn dus minimaal drie satellieten nodig. Op het snijpunt van de drie iso-chrone cirkels ligt de positie van de Navigator. Om tenslotte de hoogte te kunnen bepalen van het punt waar je je bevindt is de waarneming van een vierde satelliet noodzakelijk.
Het systeem wordt onderhouden door het
Amerikaanse Ministerie van Defensie. Om veiligheidsredenen geven de
satellieten niet helemaal de juiste gegevens door. Dit wordt
selective availiability
(SA) genoemd. Hierdoor is de positie
die de Navigator aangeeft nooit helemaal juist. Soms komt het voor
dat de SA wordt uitgezet. Tijdens de Golfoorlog moesten de
geallieerde troepen over het GPS kunnen beschikken om niet in de
woestijn te verdwalen. Omdat defensie zelf niet over genoeg
Navigators beschikte, werd de SA uitgezet en konden commercieel
beschikbare Navigators worden gebruikt.
Bovenop de opzettelijke positiefout komt nog een meetfout. Deze wordt
op de Garmin-Navigators aangegeven met EPE - Estimated Postion Error. Ondanks alle ruis bij het bepalen van de positie is
een handheld GPS-Navigator redelijk nauwkeurig. Onder optimale
omstandigheden, maar met SA, kan tot op 15 meter nauwkeurig positie
worden bepaald.
Grotere nauwkeurigheid kan worden verkregen met behulp van DGPS - Differential Global Positioning System. Hierbij wordt de positie die met behulp van de satellieten wordt bepaald gerefereerd aan een vast baken. Van dit baken is de exacte positie bekend. Met behulp van DGPS kan tot op 5 cm nauwkeurig positie worden bepaald. Voor vrijetijds-toepassing overbodig, maar voor landmeters en in de baggerwereld een groot gemak. Door toepassing van DGPS neemt het belang van de selective availiability sterk af, wat hopelijk leidt tot het afschaffen van de SA.
Toepassing van GPS is feitelijk een oude navigatievorm in een
nieuw electronisch jasje. Het gebruik van de jakobsladder en later
het sextant in combinatie met een almanak en tijdsmeting is al vele
honderden jaren oud. Met behulp van de jakobsladder (een lange lat
met twee of meer verschuifbare dwarslatten) of het sextant werd de
hoogte van een hemellichaam (zon, bepaalde heldere planeten) bepaald
ten opzichte van de horizon, in vaktermen de kim. De combinatie van
hoogte, datum en tijd is per positie op de aarde verschillend. De
combinaties en bijbehorende posities stonden in almanakken
beschreven. 'Een zonnetje schieten' was niet zonder risico. Menig
zeeman verbrandde een oog omdat 'ie voor een goede meting te lang
recht in de zon keek. Een sextant is daarom met verschillende donkere
voorzetglazen uitgerust.
Het Decca navigatiesysteem werkt met radiobakens langs de kusten en
is daarom geen satellietnavigatie.
Net als alle andere electronische speeltjes worden ook de handheld GPS-Ontvangers steeds goedkoper. De Garmin GPS38 kostte in 1992 zo'n f 1200. Tegenwoordig kost de sterk verbeterde GPS12 nog maar f 399 (Radio Correct Marine in Rotterdam, tel. 01.04.61.85.18). De seriële 8-kanaals ontvangers zoals de GPS38, zijn zo langzamerhand vervangen door 12-kanaals paralelle ontvangers als de Garmin GPS12XL. Deze kunnen 12 satellieten tegelijk in de gaten houden. Dit betekent een enorme snelheidswinst bij het bepalen van de postitie. Verder zijn de ontvangers krachtiger geworden waardoor ontvangst ook onder een bladerdak mogelijk blijft. Tegenwoordig zijn er handheld GPS-Ontvangers op de markt die zijn voorzien van wegenkaarten.
De onderkant van de markt is voor recreatief gebruik volgens mij nog steeds een goede keuze. De basisfuncties van de Navigator werken uitstekend en kostbare batterijen worden niet verspild aan allerhand Spielereien als snel verouderende wegenkaarten (waar de weg waar jij op rijdt net niet op staat). De verschillende icoontjes waaruit je kan kiezen zijn inmiddels standaard. Ook het nut of de lol van kantelbare displays zoals bij de Garmin GPS II heb ik nooit begrepen. De externe antenne is verder voor motorrijders eigenlijk niet geschikt. In de praktijk blijkt verder de ontvangst van de duurdere Navigators onder bomen en dergelijke tegen te vallen. Onder bepaalde omstandigheden kan het wel nuttig zijn dat meer posities kunnen worden opgeslagen in het apparaat. Pen en papier voldoen dan echter ook. Tenslotte is de snelheid waarmee positie kan worden bepaald voor recreatief gebruik minder van belang. Bij continu gebruik speelt dit overigens een ondergeschikte rol. De meeste tijd bij het bepalen van een positie wordt gebuikt bij het maken van een zogenaamde 'koude start', opstarten na meer dan 2 uur of 800 km van het laatste punt verwijderd, en dat doe je niet zo vaak op een dag. Een warme start gaat ook bij de eenvoudige modellen snel: bij de nieuwe 12-kanaals Garmins eigenlijk binnen de minuut.
Let er bij aanschaf op dat de Navigator gebruik kan maken van het UTM coördinatensysteem. Dit stelt je in staat zelf vanaf een stafkaart posities in te meten en deze in de Navigator in te voeren. Bij sommige meer geavanceerde Ontvangers kan een eigen coördinatensysteem worden geprogrammeerd. Hierdoor kan bijvoorbeeld het RD-systeem van de topografische kaarten (toeristische versie, zonder UTM-grid) van Nederland worden geprogrammeerd.
Onderstaande is gebaseerd op mijn eigen Garmin GPS38. Andere Garmin ontvangers hebben vaak de zelfde functies. Bij alle Garmin Navigators zullen de pagina's het zelfde zijn.
De Garmin GPS38 heeft verschillende pagina's, waarvan hier onder (van links naar rechts) de belangrijkste kenmerken staan genoemd:
satelliet-status pagina | ontvangst van signaal van satellieten en de sterkte van dit signaal (balk) |
positie-pagina | positie in verschillende eenheden (graden-minuten-seconden/duizendsten, UTM, ea.) |
plotter-pagina | 'kaart' met waypoints, instelbare schaal (0,5 tot 600km) |
kompas-pagina | display als kompas- of snelwegpagina om richting aan te geven |
menu-pagina | beheer van waypoints en routes, aanmaken van routes, berekenen van afstanden, zon op en onder, systeem-instellingen |
De volgende functies van de Navigator worden het meest gebruikt:
Op het moment dat de Navigator wordt aangezet verschijnt de status-pagina (1e pagina). Met balken wordt aangegeven welke satellieten worden ontvangen en hoe sterk het signaal is. Holle balken betekenen dat voor de betreffende satelliet data wordt opgebouwd. De nummers in de cirkels geven weer waar de verschillende satellieten zich bevinden. Zodra de positie is bepaald verschijnt de positie-pagina (2e pagina). Hier staan weergegeven de positie, hoogte, tijd, snelheid en richting. Verder is er een trip-odometer die op nul kan worden gezet. Indien satelliet-ontvangst voor kortere tijd wordt onderbroken stopt de tripmeter met bijtellen. Bij hernieuwde ontvangst wordt de draad weer opgepakt. In gemengd terrein kan je hierdoor zo'n 10% van de werkelijke afstand missen. Boven in beeld verschijnt een horizontale kompasroos, die alleen bij een verplaatsing werkt. Bij het verplaatsen verandert ook onmiddelijk de positie.
Voor de weergave van de positie kunnen verschillende formaten worden uitgekozen. Naast graden, minuten en duizendsten van minuten kan de Garmin GPS38 ook de positie in UTM aangeven. Dit positieformaat wordt bijvoorbeeld op stafkaarten 1:50.000 gebruikt. Een met de Navigator ingemeten positie kan ook weer op een stafkaart worden terug gevonden.
Een GPS-Navigator is bedoeld om je naar een bepaald doel of langs een serie van doelen te leiden. Deze doelen worden waypoints genoemd en kunnen gemakkelijk zelf worden geprogrammeerd. Programmeren van waypoints kan:
Om coördinaten van een stafkaart te halen kan je het beste een kaarthoekmeter gebruiken. Deze zijn voor een paar gulden bij een buitensportzaak te koop. De hoek-vormige schalen geven voor 1:50.000 een nauwkeurigheid van 50 meter, voor 1:25.000 zelfs tot op 25! Een UTM-coördinaat bestaat uit een zone-aanduiding en twee sets van 7 cijfers, die de afstand tot de Nul-meridiaan en de Evenaar weergeven. Om een waypoint in UTM te programmeren doe je het volgende (de rechter kolom geeft de waarden voor mijn positie thuis):
noteer de letters van de UTM Zone-aanduiding (onder op de kaart bij de legenda) | 31 U |
noteer de 4 cijfers van de gridlijn links van het waypoint, als er maar 3 staan zet er dan een 0 voor | 0646 |
meet met de kaarthoekmeter de afstand van de lijn links tot het waypoint, altijd 3 cijfers, max. 999m | 810 |
noteer de 4 cijfers van de lijn onder het waypoint, evt. aanvullen met een 0 | 5770 |
meet de afstand van de onderlijn tot het waypoint | 785 |
De coördinaten van het waypoint kunnen nu worden samengesteld
uit de zone, de afwijking van de nul-meridiaan en de afwijking van de
evenaar. In het bovenstaande geval dus: 31U 0646810
5770785. Deze waarden kunnen in de GPS-Navigator worden
gezet.
Belangrijk is dat de GPS op de juiste kaartdatum is ingesteld. Dit is
een soort code voor het coördinatensysteem. In de loop van jaren
verandert het coördinatensysteem en landkaarten worden hier op
aangepast. Vaak zijn kaartdatums erg slecht te vinden. Let daarbij op
datums die op de kaart worden vermeld. Neem als kaartdatum een waarde
die bijvoorbeeld voor de verkenning of uitgifte van een topkaart
ligt. Door van een bekend punt de van een stafkaart opgemeten
coördinaten te vergelijken met die van het GPS kan met enig
experimenteren ook de kaartdatum worden bepaald. De defensie
topkaarten 1:50.000 hebben European 1950 als
kaartdatum. Een onjuiste kaartdatum geeft een positie-fout van
ongeveer 100m. Hoe grootschaliger de kaart, hoe minder de kaartdatum
een rol speelt.
Het programmeren van coördinaten in bijvoorbeeld graden,minuten en duizendsten werkt op een soortgelijke manier. Toch zijn er een paar belangrijke verschillen. Er zijn geen zone-aanduidingen en de coördinaten staan in de volgorde 'afwijking van de evenaar' - 'afwijking van de nul-meridiaan'. Hierbij worden wel de letters N of Z of W of O vermeld. Of de afwijking van de gridlijn moet worden gemeten aan de linker- of rechterkant is afhankelijk van af je oost of west van de nul-meridiaan zit. Dit geldt ook voor het zuidelijk halfrond. Voor het berekenen van een positie in graden, minuten en duizendsten ga je als volgt te werk:(de rechter kolom geeft de waarden voor de Pyramide van Austerlitz op de Michelinkaart 211 Nederland 1:200.000)
neem de waarde van de lijn onder het waypoint, N voor noordelijk halfrond Z voor zuid | N 52°00' | |
deel het aantal milimeters tussen de onder- en bovenlijn op de kaart door de grid-afstand, meet de afstanden aan de rand van de kaart | 10'/93mm=0,1075
| 5,376' |
neem de waarde van de lijn links van het waypoint, E voor oostelijk van de nul-meridiaan, W voor westelijk | E 5°20' | |
deel het aantal milimeters tussen de linker- en rechterlijn op de kaart door de grid-afstand, meet de afstanden aan de rand van de kaart | 10'/57mm=0,1754 | 0,878' |
tel de graden, minuten en duizendsten bij elkaar op, vergeet niet dat de gridlijn van waaruit je meet ook al een aantal minuten kan aangeven! | N 52°05,376' |
De Garmin GPS38 stelt je ook in staat op basis van de actuele positie of een eerder geprogrammeerd waypoint een nieuw waypoint te laten berekenen. Door voor het nieuwe waypoint een referentie waypoint (of op de plotterpagina vanuit de actuele positie), peiling en afstand op te geven wordt het nieuwe punt berekend. Voor het bepalen van de peiling in het veld moet gebruik worden gemaakt van een kompas.
Op een stafkaart kan de peiling ook worden bepaald. De peiling of
koers is de lijn tussen het bekende punt en het nieuwe waypoint (zie
tekening hier naast). Hiervoor leg je het kompas opengeklapt langs de
peiling die je wil meten. Door de kompasroos te draaien en het
noorden gelijk te leggen met het kaartnoorden, kan je de peiling
aflezen op het vizier. De lijnen in de kompasroos maken het
gemakkelijker. Op een kaarthoekmeter zit ook een kompasroos die voor
dit doel kan worden gebruikt.
Bij buitensportzaken liggen folders van bijvoorbeeld Recta, waar
één en ander helder in is beschreven.
Als je meerdere waypoints heb kan je in de GPS-Navigator routes samenstellen. In het lijstje wordt de onderlinge afstand en peiling weergegeven. Bij de actieve route (de route die je aflegt met de GPS aan) worden de aankomsttijden bij de tussenliggende waypoints gegeven. Tijdens het volgen van een route wijst de GPS je automatisch naar het volgende waypoint. Ben je een waypoint tot op 1 minuut genaderd dan verschijnt een bericht, als de displayverlichting is ingeschakeld gaat deze aan om het bericht te lezen. Ben je het waypoint dicht genoeg genaderd (dit is instelbaar tussen 0,25 tot 5km) wordt automatisch het volgende waypoint geactiveerd.
Geprogrammerde waypoints zijn zelden 100% nauwkeurig. Gelukkig heeft een kleine afwijking van het coördinaat slechts geringe gevolgen in het veld - tenzij je een ravijn of rivier tegen komt. De onderstaande voorbeelden illustreren dit.
Op de evenaar is:
- 1 minuut gelijk aan 1 nautische mijl=1852 meter
- 1 seconde gelijk aan 30,87 meter
- 1 duizendste gelijk aan 1,85 meter
Op 52° noorder- of zuiderbreedte is dat iets minder. Op kaartblad 32 West (Amersfoort) ongeveer in het midden van Nederland krijg je de volgende waarden (de Falkland Eilanden liggen op ongeveer 52° zuiderbreedte):
- 1 minuut is 1131,5 meter
- 1 seconde is 18,86 meter
- 1 duizendste is 1,13 meter
Tussenliggende waarden vindt je bijvoorbeeld in Tarifa in Zuid Spanje op 36° noorderbreedte, of Melbourne in het zuiden:
- 1 minuut gelijk aan 1490 meter
- 1 seconde dus 24,83 meter
- 1 duizendste is 1,49 meter
Afwijkingen van een coördinaat die binnen een kwart minuut vallen liggen vallen dus ruimschoots binnen de meetfout en de selective availability van het GPS.
Om een goede kaart te kunnen maken moet je hoeken en
afstanden tussen plaatsen weten. De eenvoudigste manier is vanuit een
bekend punt het land in driehoeken op te meten. Vanuit de twee nieuwe
punten kunnen weer andere punten worden opgemeten als je de afstand
en hoek weet. In Nederland is op deze manier het Rijks-driehoeks net
ontstaan, met als oorsprong de O.L.V.-toren in Amersfoort. Inmiddels
wordt het oorspronkelijke driehoeks-net niet meer gebruikt, maar
wordt gewerkt met een coördinatensysteem van vierkante
kilometers. Het nulpunt van dit grid ligt ergens tussen Fontainebleau
en Sens in Frankrijk. Het nulpunt is zo gekozen dat het oost-west
coördinaat altijd een waarde tussen 0 en 300 heeft, en het
noord-zuid coördinaat een waarde tussen 300 en 625. Op deze
manier kan nooit verwarring tussen de coördinaten ontstaan.
De naam RD-grid is blijven bestaan. Om de één of andere
reden wordt nog veel waarde gehecht aan 'De Oorsprong' van het
RD-grid, de Lange Jan in Amersfoort. In RD-coördinaten ligt 'De
Oorsprong' op 155-463, volgens Lat/Lon ligt het op N 52°9'22" -
E 5°23'15".
Het RD-grid wordt gebruikt voor de toeristisch topografische kaarten van Nederland. Omdat deze topkaarten geen ander grid hebben (bijvoorbeeld UTM) dat standaard in een GPS ontvanger is ingeprogrammeerd proberen veel mensen wanhopig RD-coördinaten om te zetten in Lat/Lon en andersom. De projectie en kaartdatum levert dan ook nog eens de nodige problemen op. De RD-kaarten zwijgen hierover in alle talen. Goed bedoelende figuren laten steeds weer zien dat zij de bolrekenkunde als geen ander beheersen; anderen schijnen weer alles af te weten van de meest bizarre en (terecht) vergeten projecties van kaarten.
Volgens mij is het RD grid niet bedoeld en daarom ongeschikt voor navigatiedoeleinden met GPS!
Niet voor niets wordt dit grid uitsluitend op de toeristische
serie topkaarten gebruikt. Je kan dus best wel wat met
coördinaten spelen en een kompasdoorsteek van een paar honderd
meter maken met deze kaarten. Je zal heus niet verdwalen - net zoiets
als in dienst of bij de padvinderij.
Een coördinatensysteem als het RD grid dat een volledig grid van
exacte kilometervierkanten zonder enige correctie over een vlak van
625 bij 300 kilometer op een bol projecteert kan nooit kloppen. De
aarde is behoorlijk bolvormig - midden op het IJsselmeer kan je de
kust 10km verder op niet zien. Correctie is dus absoluut
noodzakelijk!
Iedereen zal nu beweren dat vierkanten op bollen wel kunnen, meneer Mercator heeft daar ooit eens een systeem voor bedacht. Helemaal correct, maar het UTM grid (Universal Transverse Mercator grid) dat daar een verfijning van is, is wel verdeeld in zones met iedere 100km een aanzienlijke correctie! Op de zonegrens tussen het 31U en 32U vierkant staan de verticale gridlijnen wel 2,5° scheef op de 6°00' lengtegraad. Kijk maar na op kaarten in de buurt van Apeldoorn (33W) of Arnhem (40W).
Tenzij je van wiskunde houdt raad ik iedereen die kaart en GPS wil combineren aan kaarten met een UTM grid te kopen. Dat kan overigens gewoon bij de Topografische Dienst, Postbus 115, 7800 AC Emmen, tel. 05.91.69.69.11, mail info@tdn.nl
Over het gebruik van GPS is een aparte newsgroep, sci.geo.satellite-nav. In de signatures kan je verschillende interessante sites vinden. Verder is er een regelmatig ge-update FAQ. Andere sites die over het Global Positioning System gaan zijn hier onder gelinkt.
De informatie op deze pagina is niet bestemd voor commerciële doeleinden.