Mój ostatni artykuł o nawigacji GPS w samochodzie terenowym wzbudził duże zainteresowanie i sprowokował sporo pytań. Postanowiłem więc uzupełnić go jeszcze o parę, mam nadzieję, przydatnych informacji.
Na początek uwierz, że:
Warto rozumieć zasady działania nawigacji GPS, znać możliwe opcje oraz ich ograniczenia, aby rozsądnie wybrać odpowiednie dla siebie urządzenie lub program. Bez tego łatwo wydać niepotrzebnie pieniądze, a zamiast satysfakcji narazić się na frustrację.
Mogę pochwalić się, że należę do pierwszych osób w Polsce, które zaczęły korzystać z nawigacji GPS podczas jazdy w terenie. Było to jeszcze przed rokiem 2000. Niewielu wie, że sygnał był wtedy celowo zakłócany (był to czas wojny w Zatoce Perskiej i bez zakłóceń miało go tylko amerykańskie wojsko), a odczyt położenia różnił się od rzeczywistego o około 100 metrów, przy czym nie wiedziało się nigdy w którą stronę…
Obecnie dostępny powszechnie „cywilny” sygnał, pozwala na dokładność do kilku metrów i on już nie stanowi problemu. Jeśli więc Twój GPS każe Ci wjechać do jeziora zamiast prowadzić wzdłuż brzegu, to nie jest to kwestia dokładności sygnału, ani odbiornika, lecz mapy albo programu z jakiego korzystasz.
System GPS to najbardziej rozpowszechniony – amerykański, ale poważne Państwa, które nie chcą być zależne od Jankesów (albo celują w nich swoje rakiety), zrobiły swoje. Rosjanie mają GLONASS, a Chińczycy BeiDou. Unia Europejska buduje Galileo, który ma technologicznie wyprzedzać wszystkie inne, ale z tego co wiem, to do tej pory na pewno wyróżnił się czasem realizacji (prace trwają od 1999 roku, a gotowy ma być w 2020) i kosztami (już ponad 10 miliardów Euro).
Wszystkie systemy działają z grubsza na tej samej zasadzie, dzięki satelitom rozmieszczanym na ziemskiej orbicie i odbiornikom naziemnym, którymi posługują się korzystający z nawigacji.
Satelity cały czas wysyłają w kierunku Ziemi sygnały z informacją o swojej pozycji, a odbiorniki odbierają te sygnały i obliczają na ich podstawie, w sposób ciągły, odległości od satelit.
Szczegóły łatwo można znaleźć w Internecie (zobacz np. artykuł Jak działa GPS, z niego pochodzą dwie powyższe grafiki). Dla nas ważne jest to, że do odbiornika muszą docierać sygnały, co najmniej, z czterech satelitów. Tylko wtedy bowiem, odbiornik jest w stanie dokładnie określić swoje położenie, zarówno co do długości i szerokości geograficznej, jak i wysokości nad poziomem morza.
Kiedy odbiornik ustali już swoją pozycję na globie, to wyświetla ją na ekranie, na tle mapy. I tu zaczynają się różnice pomiędzy poszczególnymi urządzeniami do nawigacji, a właściwie pomiędzy programami do nawigacji. Wynikają one ze sposobu wyświetlania obrazów map.
Jak na ekranie wyświetlany jest obraz?
Niezależnie czy chodzi o duży monitor, czy o laptop, smartfon, iPhone itp., w dużym uproszczeniu jest tak:
Ekran pokryty jest ciasno punkcikami, które mogą świecić tylko w trzech kolorach R-red, G-green, B-blue, (stąd powszechnie znany skrót RGB), ale to wystarcza, aby oko ludzkie odbierało obraz jako w pełni kolorowy.
Przyjmijmy (aby zrozumieć kwestię), że każdy taki punkcik na płaszczyźnie ekranu opisany jest dwoma współrzędnymi x, y (przypomnij sobie geometrię analityczną ze szkoły), a o tym jakim kolorem ma świecić dany punkt, decyduje program uruchomiony na komputerze.
I tu jest najważniejsze:
Są generalnie dwie metody wyświetlania (i zapisów) obrazów przez komputerowe programy: wektorowa i rastrowa.
W metodzie wektorowej informacja o tym, jak ma świecić konkretny punkt wyliczana jest z matematycznych równań. Jeśli np. ma być wyświetlony czarny okrąg, to współrzędne punktów, które mają być czarne, obliczane są przez program z równania:
gdzie a i b to współrzędne środka okręgu, a r jest promieniem.
W metodzie rastrowej (tzw. bitmapy), realizowana jest instrukcja, którą wyobrazić sobie można w postaci tabeli, gdzie każdemu punktowi o współrzędnych x, y przyporządkowano kolor świecenia (jeden z trzech możliwych: R, G lub B).
Metoda wektorowa świetnie nadaje się do wyświetlania geometrycznych figur. Dzięki tzw. krzywym Béziera, da się wyświetlić naprawdę skomplikowane grafiki.
Do wyświetlania zdjęć (i filmów) lepsza jest metoda rastrowa (bitmapowa).
Nie zniechęcaj się – zaraz przechodzę do sedna!
W nawigacji GPS powszechniej stosowana jest metoda wektorowa. Obraz na bieżąco wyświetlany jest w wyniku obliczeń, które cały czas wykonuje program do nawigacji.
Z obliczeniami tymi sprząc można komunikaty głosowe, ale przede wszystkim zapewniają one „inteligencję” – urządzenie może wytyczać drogę, korygować na bieżąco trasę, gdy nie skręcimy gdzie trzeba itp. W pamięci urządzenia zmieścić się muszą jedynie równania (to w dużym uproszczeniu), więc możliwe jest oferowanie map nawet bardzo dużych obszarów (np. całej Polski i Europy w 4 GB).
Przez wiele lat, ze względu na wydajność obliczeniową (tak jak w dawniej w grach komputerowych), musiała być ograniczana grafika. Do dziś widać to w jeszcze wielu programach do nawigacji.
Na dodatek producenci programów do nawigacji skupiali się, przede wszystkim, na zaspokojeniu potrzeb większości, czyli użytkowników asfaltów. Smutna prawda jest taka, że miłośnicy „off-roadu” nie stanowią istotnego segmentu rynku, dlatego np. w bardzo dobrej AutoMapie, świetnie opracowane są drogi asfaltowe, nawet te podrzędne i osiedlowe, ale odwzorowanie dróg gruntowych, czy leśnych, pozostawia wiele do życzenia.
Podobnie było także z wszelkimi danymi topograficznymi – programy wektorowe nie zawierały informacji o ukształtowaniu terenu, występującej roślinności, obszarach podmokłych, a poleganie np. na zaznaczonej linii brzegowej jeziora może doprowadzić do utonięcia.
Wyjątkiem była marka Garmin. Firma ta kreowała się na producenta sprzętu dla podróżników i turystów. Zamieszczała więc wiele informacji topograficznych. W mojej ocenie miała pozycję lidera, ale liderowała również cenami.
Genialną w tej sytuacji, a przynajmniej bardzo pożyteczną rzecz, zrobił Australijczyk Des Newman, twórca OziExplorera. Zauważył on, że na świecie było mnóstwo dokładnych, papierowych map. Zrobił więc program, który pozwalał je wykorzystać do nawigacji GPS. Wystarczyło je poskanować, skalibrować i wczytać do programu.
Jak się domyślasz, mapa na ekranie w OziExplorerze wyświetlana jest metodą rastrową (jak zdjęcie), dlatego potrzeba więcej pamięci (np. cała Polska na kolorowych mapach sztabowych w skali 1:50000 zajmuje około 10 GB).
OziExplorer dla każdej mapy, do wspominanej przeze mnie wyżej tabelki ze współrzędnymi punktów ekranu i wyświetlanych kolorów, dodaje jeszcze współrzędne geograficzne (kalibracja polega na podaniu ręcznie współrzędnych geograficznych czterech punktów mapy, a program wylicza pozostałe).
Co prawda, program nie zapewnia automatycznego wytyczania trasy (można ją ręcznie zaznaczyć na mapie), a nawigacja odbywa się w oparciu jedynie o ciągłą obserwację swego położenia na tle mapy (OziExplorer wyświetla ikonkę położenia na tle przesuwającej się mapy), to do terenu to rozwiązanie nadawało się świetnie, zwłaszcza gdy korzystało się z dokładnych, np. wojskowych map.
Mam znajomych, którzy OziExplorera i starych, poniemieckich map używają do poszukiwania skarbów. Bez trudu docierają do dawnych sztolni, cmentarzy, pól bitew lub miejsc, gdzie stały dwory i pałace…
Przez wiele lat program był bardzo popularny i doczekał się kilku konkurencji. Taką jest np. Androzic, również korzystający ze skanowanych map (rastrowych).
Z czasem, kiedy o aktualne mapy drukowane zaczęło być coraz trudniej, pojawiły się programy umożliwiające wydłubywanie fragmentów map z internetowych serwisów mapowych i sklejanie z nich odpowiednich rastrów. Przykładem jest choćby rosyjski SASPlanet.
To w tym programie właśnie przygotowaliśmy mapy rastrowe, które są dostępne w naszym sklepie zelazniak.pl – zobacz.
Obecnie OziExplorer, Androzic i wszelkie inne programy oparte na mapach rastrowych, straciły swe atuty.
Po pierwsze, znacznie zwiększyła się obecnie moc obliczeniowa nawet najtańszych urządzeń do nawigacji. Potrafią one teraz bez problemów wyświetlać mapy wektorowe z dużą ilością graficznych elementów, pokazujących dokładne ukształtowanie terenu za pomocą poziomic i innych elementów topograficznych. Dzięki temu tworzone obecnie mapy wektorowe nie ustępują już pod tym względem papierowym (rastrowym).
Po drugie, na świecie coraz trudniej, o darmowe, aktualne, papierowe mapy, a proces ich skanowania i kalibrowania lub wydłubywania z Internetu jest bardzo pracochłonny. To ostatnie nie ma też wielkiego sensu, bo można korzystać z map bezpośrednio na mapowych serwisach internetowych.
Tak właśnie działa większość godnych polecenia programów do nawigacji – korzystają one bezpośrednio z map wektorowych, dostępnych w internetowych serwisach. Są one tam na bieżąco aktualizowane przez światowych potentatów (zobacz np. google maps), działających komercyjnie albo przez ogromne społeczności, dodające codziennie mnóstwo wartościowych informacji, w projektach z otwarta licencją (zobacz np. OpenStreetMap).
Sporo z tych programów działa niestety tylko on-line, co w przypadku naszych, off-roadowych zastosowań nie jest najlepsze. Nie zawsze bowiem w terenie można liczyć na dostęp do Internetu. Często też korzystanie z niego, zwłaszcza za granicą, może być bardzo kosztowne.
Na szczęście coraz więcej jest programów do nawigacji GPS działających off-line. Przykładem takiego jest polecany Maps.Me, dokładnie omówiony w poprzednim moim artykule: Nawigacja w samochodzie terenowym.
Pozwala on na bardzo wygodne i szybkie pobranie aktualnych map wektorowych dowolnego obszaru globu bezpośrednio do pamięci urządzenia, którym może być tablet, smartfon, iPhone lub iPod (z systemem operacyjnym Android lub iOS).
Pobierane są one właśnie z serwisu OpenStreetMap. Wymaga to dostępu do Internetu tylko przez chwilę. Potem Maps.Me może działać już off-line.
Podkreślam, że program Maps.Me to jedynie przykład, ale polecam go, bo jest całkowicie bezpłatny i nie wymaga zakupu żadnego urządzenia. Przecież niemal każdy ma jakiś telefon lub tablet, więc niemal każdy może go zaraz wypróbować.
Polecam, go również ze względu na wyjątkową prostotę obsługi. Jak ona jest ważna, wiem z obserwacji i rozmów z wieloma uczestnikami naszych imprez. Używają oni najczęściej nawigacji do jazdy w terenie „z doskoku”, co najwyżej kilka razy w roku. Nie bardzo mają czas ani ochotę na długie nauki. A nawet jeśli je odbędą, to wiedza z której rzadko się korzysta szybko wyparowuje…
Programu Maps.Me w zasadzie nie trzeba się uczyć. Obsługa jest naprawdę bardzo intuicyjna, a wszystkie dostępne opcje i funkcje programu można opanować w kilka minut.
Zapraszam do zadawania pytań i przysyłania komentarzy.
Pozdrawiam – Wojciech Bednarczyk
e-mail: w.bednarczyk@polskioffroad.com, tel. 607 447436
