Основы спутниковой навигации в альпинизме. Практическое применение систем спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС. Часть 2

В горовосхождении в настоящий момент широко применяются различные приборы спутниковой навигации, однако даже базовые теоретические основы работы таких приборов зачастую остаются «за скобками», что порождает различные «мифы» о спутниковой навигации как таковой и о возможностях ее использования в альпинизме.

Мне хотелось провести небольшой «ликбез» в этой области, и такая возможность мне представилась в рамках Центральной Школы Инструкторов Московского региона (ЦШИМ), проходившей в период с октября по ноябрь 2015г. В результате был собран материал, который на мой взгляд может быть интересен не только в рамках ЦШИМ — поэтому думаю он имеет право быть размещенным здесь для общего обозрения.
Материал задумывался в виде двух статей — первая часть — представляла собой краткую — и зачастую общеизвестную информацию о принципах работы систем спутниковой навигации, а вторая часть — ниже — практическое руководство по выбору и использованию приборов спутниковой навигации в альпинизме.
Заранее прошу простить многие существенные упрощения — статья ориентирована не на технических специалистов и призвана дать базовое понимание принципов работы систем спутниковой навигации и возможностей их использования.

Для чего нужен приемник GPS в альпинизме

В нормальных условиях ориентирование в горах не представляет серьезной трудности — благодаря наличию большого количества явных естественных ориентиров. Таким образом применение системы спутниковой навигации как единственной системы ориентирования на маршруте — лишено практического смысла.
Система спутниковой навигации в альпинизме должна использоваться как вспомогательная / аварийная система навигации.
Например система спутниковой навигации поможет группе вернуться с маршрута / подхода в условиях плохой видимости, а спасателям при необходимости — выйти на заданную точку маршрута. Правда необходимо понимать что для того что бы воспользоваться приемником GPS в критический момент — необходимо ЗАРАНЕЕ отметить маршрутные точки для района, записать трек и иметь достаточное количество элементов питания для используемого приемника GPS.
Элементы питания — аккумуляторы, батареи, и эксплуатация в условиях высокогорья — тема для отдельной статьи, которую я тоже надеюсь опубликовать в ближайшее время)

Что можно, и чего не стоит делать при помощи приемника GPS

Главное что может GPS – это помочь в случае непогоды, темноты и т. д. слинять с горы — разумеется если перед этим в него предусмотрительно записан трек. Помогает он это делать хорошо и качественно, особенно если спускаться по пути подъема (то есть трек записан тем же прибором). Если брать реальные практические примеры — на Кавказе и Памире мой Garmin e-Trex30 выводит меня например на заранее записанную тропу с точностью до 4-5 метров. Не было случая, что бы ошибка прибора превысила 10 метров.
Удобно при помощи GPS делать заброски — но все же желательно что бы были и другие ориентиры, кроме точки в GPS – в случае отказа GPS — не хочется потерять заброску совсем))).
Удобно определять свое положение и высоту на маршруте — полезная функция. Нужно заметить что для e-Trex30 – доступна функция барометрического альтиметра, который в свою очередь можно калибровать по GPS. Кстати — нужно не забывать его калибровать — потому как точность барометрического альтиметра сильно зависит от изменений атмосферного давления, и в реальных условиях может скакать как в плюс так и в минус метров на 150. Точность измерения высоты по GPS – в пределах 10 метров. Есть полезная функция построения графиков высоты / давления — можно сразу увидеть на приборе профиль маршрута.
Из дополнительных возможностей — полезен компас. Дело в том что приемник GPS вычисляет направление как направление перемещения, то есть неподвижный приемник без дополнительных примочек показать направление не в состоянии. Зачастую на горе неудобно бегать туда-сюда в поисках верного направления. Решить эту проблему помогает встроенный магнитный компас (ну или отдельный компас в кармане). Тут нужно понимать что компас в кармане — сильно дешевле, а компас в навигаторе — сильно удобнее. В мой e-Trex30 встроен трехосевой магнитный компас — действительно позволяет точно определять направление.
Полезен барометр/бароальтиметр. График атмосферного давления позволяет отслеживать изменения погоды. Применительно к e-Trex30 – есть возможность писать график при выключенном приборе. Надо понимать что при этом расходуется заряд источников питания, и внимательно следить за включением / отключением этой функции, иначе можно внезапно понять что навигатор то разрядился, хоть и был выключен.
Интересна функция расчета времени восхода и захода солнца — полезно знать когда рассветет и когда стемнеет. Угадывает с погрешностью в полчаса — что обусловлено горным рельефом. Присутствует в большинстве навигаторов.

Что НЕ получается:
Не получается в большинстве случаев ходить в горах по карте — за отсутствием хороших карт горных районов.
Не получается с большинством специализированных приемников — использовать растровые карты.

Основные качества GPS / ГЛОНАСС приемников, необходимые в альпинизме

Тут мы рассмотрим основные характеристики, интересующие нас в приборах, и попробуем понять, какой приемник лучше выбрать для альпинистских восхождений. Традиционно стоит выбор: покупать аппаратный приемник — или попробовать его чем либо заменить. Для начала отметим главное — мои симпатии явно на стороне аппаратных решений — потому что всевозможные гаджеты в горах просто не выживают)
Точность
Величина обратная погрешности определения координат, измеренной в условиях, близких к идеальным (простой рельеф, хороший прием). Зависит от типа приемника и антенны. Как правило выше у аппаратных навигаторов. Например практическая точность моего Garmin e-Trex — 3...4 метра. Обычно выше у двухстандартных приемников GPS / ГЛОНАСС.
Чувствительность
Зависит от типа приемника и антенны. Определяет надежность приема в сложных условиях и время старта прибора. Хорошо, когда чувствительность велика — это позволяет не потерять сигнал спутников в снегопад например, или в узком ущелье. Точность определения координат конечно упадет — но лучше приблизительно чем никак. Обычно выше у двухстандартных приемников GPS / ГЛОНАСС.
Кстати — следует заметить что навигаторы серии e-Trex без внешней антенны и навигаторы серии GPSMap с внушительной внешней антенной — обладают ОДИНАКОВОЙ чувствительностью.
Автономность
Способность прибора продолжительное время работать на одном комплекте источников питания. Возможность иметь дополнительные источники питания. Этот показатель однозначно выше у аппаратных навигаторов. По сравнению например со смартфоном — энергопотребление навигатора значительно меньше. Кроме того — большинство приемников питается от стандартных аккумуляторов, например AA, что позволяет иметь запасные аккумуляторы. Для примера: автономность навигатора e-Trex30 в реальных боевых условиях составляет примерно 20-30 часов. Питается от двух пальчиковых батареек (AA). Иметь с собой запасные батарейки не проблема — особенно если они для всех остальных гаджетов тоже такие ( для фонаря, радиостанции, фотоаппарата). При наличии солнечной батарейки — автономность теоретически не ограничена — но нужно понимать, что зарядить аккумуляторы получится не всегда.
Надежность
Стойкость к внешним воздействиям (удары, влага)
Возможность продолжительной работы в неблагоприятных условиях (высокая влажность, низкие/высокие температуры.
При всех прочих приблизительно равных характеристиках — именно показатель надежности определяет выбор в пользу аппаратного приемника GPS. Типичный туристический навигатор имеет высокую степень защиты от влажности — зачастую герметичны, и широкий температурный диапазон. Например для знакомого нам e-Trex30 производителем заявлен температурный диапазон -20...+70С и степень защиты IPX7, что означает защиту от погружения в воду на глубину 1м на время до 30 мин.
Экран
Размеры, разрешение, прочность.
Важная особенность — возможность разглядеть что либо при ярком солнечном свете.
Обычно аппаратные приемники проигрывают всевозможным гаджетам по показателям качества экрана — разрешению и размерам, зато сильно выигрывают по прочности и живучести.
Кроме того — производитель зачастую продумывает — как работать с устройством при ярком солнечном свете. Как результат — например экран моего e-Trex30 вполне читаем при ярком солнечном свете благодаря специальной светоотражающей подложке под дисплеем. Проверено высотой — и правда читается — даже ярким днем в очках без подсветки. Не скажу что чудеса четкости и цветопередачи — но работать можно. Прямо скажем — экранчик маловат, и разрешение его маловато. Но на то он и маленький / легкий навигатор. У Garmin GPSMap экранчики сильно больше — больше / тяжелее / дороже.

Управление
Тут обычно две альтернативы Кнопки/джойстик или сенсорный экран. Отметим что в нашем случае предпочтительнее механика чем сенсор. Дольше живет и лучше дружит с морозом и перчатками / варежками. Нужно отметить что на таких приборах как e-Trex джойстик мелкий и неудобный. На более крупных приборах — таких как GPSMap – он сильно удобнее, кроме того работает в 8 направлениях (в диагональных тоже) а не в 4-х, как у e-Trex. Но и размеры и вес самого прибора существенно больше. И цена)
Тут нужно отметить еще один косяк интерфейса — на Гарминах не предусмотрена блокировка клавиш / джойстика. Это часто !очень неудобно!. Несешь себе прибор в чехле, а он в это время 100500 точек понаставил например. Косяк Гармина стало быть.

Основные сервисные функции
Поддержка записи трека и маршрутных точек
Поддержка карт (специализированных, векторных, растровых)
Дополнительные сервисные функции
Барометр
Альтиметр
Компас
Путевой компьютер
Секундомер
Астрономические данные
Обмен данными с другими навигаторами

Выбор приемника для альпинизма
Из предыдущего пункта видно что в альпинизме предпочтительно использовать специализированные защищенные GPS приемники. Практика показывает что для навигации в горных районах чаще используются не карты — которые неточны и которых явно недостаточно, а заранее подготовленные треки и маршрутные точки. Таким образом выгоднее отказаться от возможности использовать растровые карты в пользу надежности и автономности.
Кроме того можно заключить что чувствительность приемника важнее чем его точность (погрешность 10...30 метров в условиях горного рельефа несущественна — а потеря связи в условиях например снегопада, тумана и т. д. - может привести к неприятным последствиям).
Специализированный GPS приемник должен иметь небольшой вес, хорошую степень защищенности и достаточную автономность. Кроме того желательно наличие таких дополнительных функций как Барометр / альтиметр и компас.
Наилучшим образом этой совокупности условий удовлетворяют навигаторы пр-ва GARMIN туристических серий eTrex и GPSMap.
Выбор конкретной модели навигатора сильно зависит от бюджета покупки (вещь недешевая) — поэтому остановимся на особенностях некоторых моделей:
Навигаторы без возможности закачивать карту — например e-Trex10: самое бюджетное решение, в принципе пригодное для выполнения задач в горной местности. Однако других условиях, например в незнакомом городе, в лесу, и т. д. полезность такого навигатора падает практически до нуля. То есть это весьма специфическое, хоть и бюджетное решение. Кроме того — хотелось бы развеять несколько мифов, связанных с жидкокристаллическими индикаторами (ЖКИ), которыми оборудуется значительная часть навигаторов такого класса:
Миф 1: «ЖКИ сильно лучше читается в солнечную погоду» - ВСЕ «правильные» современные модели навигаторов оборудуются дисплеями с светоотражающей подложкой дисплея. Например у меня не было никаких проблем с читаемостью цветного TFT индикатора Garmin e-Trex30 даже с выключеной подсветкой, в том числе и в солнечную погоду на высоте порядка 7000м).
Миф 2: «ЖКИ значительно экономичнее своих цветных аналогов» - Энергопотребление ЖКИ и TFT индикаторов сопоставимо. Кроме того, большую часть этого энергопотребления составляет ток питания светодиодов подсветки. Вывод — не используйте подсветку дисплея без необходимости — и время работы навигатора будет максимальным, и примерно равным для приборов с TFT и ЖКИ, что косвенно подтверждается примерно одинаковым заявленным временем автономии навигаторов с TFT и ЖКИ дисплеями аналогичных моделей.
Навигаторы без встроенного компаса — в принципе компас не является необходимым, и в конце концов его всегда можно носить отдельно. Однако же неподвижный навигатор без компаса — напрочь утрачивает возможность показывать направление, потому как определяет его как направление движения. Нет движения — нет и направления. Можно остановиться на том, что встроенный компас — это приятный и весьма полезный бонус.
GPS или GPS/ГЛОНАСС — тут выбор должен быть однозначно в пользу двухстандартного навигатора — поскольку одним из самых важных параметров для нас является уверенный прием спутников. Больше спутников — больше вероятность наловить из них минимально необходимое количество для определения координат.
Большой или маленький — на примере Garmin e-Trex и Garmin GPSMap: e-Trex существенно меньше и легче (разница почти вдвое), на GPSMap присутствуют приятные бонусы — более крупные и удобные кнопки управления, более крупный дисплей, ЗНАЧИТЕЛЬНО более удобный джойстик с восемью направлениями вместо четырех. Кроме того — присутствует возможность заряжать аккумуляторы через mini-USB разъем навигатора — не доставая их из прибора для зарядки.
Тут же необходимо отметить что несмотря на значительную «антенну» у старших (и бОльших) моделей навигаторов — точность и чувствительность их — полностью тождественна аналогичным моделям меньшей линейки.

Немного о недостатков приборов — из того, с чем пришлось столкнуться в процессе пользования приборами и что надо знать заранее — что бы не быть расстроенным после приобретения вожделенного прибора:
1) Отсутствует блокировка клавиш / джойстика. То есть совсем отсутствует. Вообще. Это неудобно, никто не знает что там в кармане / чехле само нажимается пока вы двигаетесь. Но это так. Ну нет блокировки. Ни капельки.
2) Для городского навигатора — маловато памяти, или процессор слабоват, или и то и другое — но при прорисовке загруженных векторных карт — например в Москве, где на карте много объектов, которые надо отрисовывать — тормозит существенно. e-Trex больше тормозит, GPSMap меньше — но тормозят оба, и ОЧЕНЬ сильно. Частично лечится отключением слоев на картах, менее детальными картами и т. д. Радикально - никак не лечится. Не городской навигатор и все.
3) То же с поиском объектов по названиям, адресам и прочим. Работает — но так медленно — что лучше бы не работало.
4) Это не автомобильный навигатор. После получаса страданий над прокладкой маршрута от Москвы до Воронежа например — навигатор грустно сообщит Вам что у него недостаточно ресурсов, что бы проложить маршрут. То есть в теории можно по нему ездить — но на практике — не стоит. Нервы дороже.

Типичные ошибки при пользовании GPS навигацией
GPS – простой прибор — на месте разберемся.
В случае ЧП GPS без трека, точек и умения им пользоваться — БЕСПОЛЕЗЕН.
Теперь нам не нужны карты, компас, описания — в GPS все есть.
А если GPS вышел из строя, в нем села батарея, и т. д.? Мы в неизвестном месте неизвестного маршрута(
У нас загружено много карт, описаний, маршрутных точек с интернета — значит не потеряемся - А мы проверили что все это правильно работает?
Нет погоды, нет видимости — пойдем на гору по GPS.
GPS – это АВАРИЙНОЕ СРЕДСТВО. С горы по своим или проверенным точкам — хорошо, наверх по неизвестному треку — в условиях плохой видимости — очень плохо.
Вот когда заблудимся — тогда и посмотрим как работает этот «чудесный прибор»)
Когда включим прибор — увидим пустой экран и непонятные цифры координат. Будем расстроены бесполезностью прибора(


Надеюсь эта информация была Вам полезна и хочу еще раз выразить благодарность ЦШИМ - 2015, которая была организована:
Федерацией Альпинизма России (ФАР)