V začetku 70. let so v ZDA začeli izvajati projekt satelitske navigacije in določanja položaja z GPS. Njegov koncept je ustrezal zahtevam ameriške vlade – da lahko v vsakem trenutku, na kateremkoli koncu Zemlje in v vsakem vremenu določiš svoj položaj. Sistem GPS tvorijo trije glavni segmenti: vesoljski, kontrolni in uporabniški. Vesoljski sistem je bil prvotno načrtovan za uporabo 24 satelitov (danes je aktivnih 31), ki obkrožajo Zemljo približno 20 000 km visoko. Razvrščeni so v 6 orbitalnih ravnin s po 4 sateliti, ki Zemljo obkrožijo v približno 12 urah. V vsaki točki na Zemlji so vedno vidni vsaj 4 sateliti (teoretično, v praksi je to seveda odvisno od reliefa), običajno pa jih je celo 7 ali 8. Ti neprestano oddajajo kodirani signal, ki vsebuje vse podatke, potrebne za določitev položaja na Zemlji. Kontrolni segment (4 opazovalne kontrolne postaje vzdolž ekvatorja in glavni kontrolni center v ZDA) delovanje satelitov ves čas spremlja in skrbi za sinhronizacijo njihovih ur.

GPS v osnovi uporablja enostaven princip določitve položaja na podlagi opazovanih razdalj med sateliti in sprejemnikom njihovih signalov na Zemlji. Osnova za določitev razdalje je časovni interval, določen na podlagi časa oddaje in sprejema signala (časovni interval, pomnožen s hitrostjo potovanja signala – svetlobno hitrostjo). Določitev položaja na osnovi opazovanj GPS temelji na prenosu dokaj obsežnih količin podatkov od satelita do sprejemnika. GPS signal mora vsebovati podatke o položaju satelita, točen čas oddaje signala, informacije o stanju Zemljine atmosfere itd. Prenos vseh teh informacij je omogočen s pomočjo ustreznih kod. Opazovanje omenjenega časovnega intervala imenujemo tudi kodna opazovanja, ki so osnova za določitev absolutnega položaja z manjšo natančnostjo, ki pa večinoma ustreza zahtevam glede natančnosti pri navigaciji in orientaciji. Osnova za določitev trirazsežnega položaja na Zemlji so vsaj 4 sateliti, da lahko rešimo sistem štirih neznank (koordinate položaja sprejemnika x, y in z ter pogrešek urinega stanja ure sprejemnika). V nekem trenutku moramo tako poznati psevdorazdaljo od sprejemnika do najmanj štirih satelitov. Položaj sprejemnika nato določimo s prostorskim notranjim urezom.

Določitev absolutnega položaja na osnovi kodnih opazovanj omogoča položajno natančnost 10–20 m, odvisno tudi od kakovosti ročnega sprejemnika GPS. Natančnost določitve višine je praviloma dvakrat slabša, to je približno 20–30 m (slabša geometrija prostorskega ureza v smeri višine ter potrebno poznavanje oblike ploskve geoida na merjenem območju za določitev nadmorske višine). Na morju seveda ta skrb popolnoma odpade, saj nas višinska komponenta ne zanima. Je pa točnost določitve položaja s sprejemnikom GPS zelo odvisna tudi od drugih dejavnikov, kot so število vidnih satelitov oziroma sprejem signala (na odprtem morju ni težav), njihova geometrijska razporeditev na nebu, stanje atmosfere, drugi viri napak (odboji, prekinitve, interference itd.). V uporabi so določene tehnike izboljšave sprejema signala tudi pri absolutni določitvi položaja z enim sprejemnikom GPS, kot je npr. tehnologija WASS, ki najbolje deluje na področju Severne Amerike, in sorodna tehnologija, ki najbolje deluje na področju Evrope, to je sistem EGNOS. Proizvajalci inštrumentov GPS, ki omenjeni tehnologiji podpirajo, zagotavljajo položajne natančnosti tudi 3–5 m. Izboljšava signala je seveda možna z opcijsko zunanjo anteno, kar pomorski navigacijski sistemi GPS v polni meri izkoriščajo.

Sodobna satelitska navigacijska oprema je doživela velik razvoj in razmah široke uporabe prav na področju pomorstva. Kot že omenjeno, predstavlja morje idealen poligon za nemoten sprejem signala številnih satelitov, brez kakršnihkoli ovir, ki jih sicer uporabnikom na kopnem predstavlja predvsem razgiban relief. Poleg profesionalnih in dragih navigacijskih sistemov, ki jih uporabljajo velike ladje, je dandanes na trgu tudi

veliko ponudnikov manjših, a izredno funkcionalnih in uporabnih komponent GPS za mala rekreacijska in turistična plovila. Tudi tovrstni sistemi omogočajo povezljivost elektronike v informacijsko celoto, ki sprejema, nadzira in obvešča uporabnika o delovanju vseh inštrumentov na plovilu; od določitve položaja na osnovi GPS, merjenja globin, hitrosti plovila, smeri in jakosti vetra do upravljanja avtomatskega pilota in s tem nadzora smeri in hitrosti plovbe. Odločitev o izbiri proizvajalca in obsega opreme je prepuščena posameznim uporabnikom, odvisna pa je predvsem od dejanske potrebe in globine cene opreme.

Elektronske navigacijske karte

 

Ena izmed komponent elektronskih navigacijskih sistemov so tudi elektronske pomorske karte. Za varno navigacijo so poleg ustrezne elektronske navigacijske opreme nujno potrebne tudi pomorske karte v analogni (papirni) obliki ali v elektronski različici. Elektronska pomorska karta lahko nastopi v dveh različicah, v vektorski kot elektronska navigacijska karta (ENC) za uporabo v sistemu ECDIS ali v rastrski obliki. Strojna in programska oprema za uporabo vektorske različice karte je draga in zato ekonomsko sprejemljiva le za največje ladje. Prav tako so mednarodni standardi IHO in IMO glede izdelave, uporabe in distribucije vektorskih ENC prezapleteni za amaterskega pomorščaka. Dobra in cenovno sprejemljivejša varianta nasproti sistemu ECDIS je rastrski elektronski sistem za prikazovanje elektronskih pomorskih kart (RCDS). Osnova RCDS je rastrska navigacijska karta (RNC), ki je v bistvu skenirana pomorska karta. Ko je taka karta prikazana na ekranu navigacijskega sistema, je ta faksimilna reprodukcija informacij, ki jih vsebuje papirnata pomorska karta. Pomembno je izpostaviti, da RCDS ne zadostuje zahtevam konvencije SOLAS, kot to velja za ECDIS. Vsa plovila v mednarodnem pomorskem prometu bodo morala v letih med 2012 in 2018 postopno zagotoviti opremljenost s sistemom ECDIS in uporabljati ENC.

Ker pa vse več amaterskih uporabnikov pri navigaciji uporablja sodobno satelitsko navigacijsko opremo, ki vključuje GPS, se pogosto pojavi težava glede uporabe ustreznih kartografskih podlag za varno plovbo in navigacijo. Pri njihovi izbiri je treba biti še posebej pazljiv, saj številni ponudniki nikakor ne ustrezajo kriterijem za natančno in varno priobalno navigacijo. Pred nakupom tovrstne opreme je zato treba biti previden in se predhodno ustrezno informirati. Na splošno bi lahko vse sisteme, ki ne izpolnjujejo zahtev standardov IHO in IMO, imenovali ECS. Ti lahko za svoje delovanje uporabljajo rastrske karte znanih standardnih formatov (TIFF, GeoTIFF, JPG) ali pa okrnjene vektorske formate, katerih obliko in vsebino večinoma določa vsak proizvajalec za svoje karte, ki jih navadno ponudi skupaj z nakupom opreme.

Izsek iz ENC Koprski zaliv

Slovenske pomorske karte in navigacija z GPS

 

Za izdelavo vseh slovenskih pomorskih kart je bil kot referenčni elipsoid za predstavitev telesa Zemlje uporabljen elipsoid WGS 84, ki je pogoj za neposredno uporabo navigacijskega sistema GPS brez kakršnihkoli preračunavanj koordinat. To omogoča obojestransko uporabnost – enostavno določanje položaja na karti na podlagi geografskih koordinat, pridobljenih s sprejemnikom GPS, in obratno, odčitek koordinat položaja na karti je možno uporabiti za direkten vnos v sprejemnik GPS.

 

Pri navigaciji s pomočjo katerihkoli drugih pomorskih kart je treba biti previden in predhodno ugotoviti, kateri koordinatni sistem in geodetski datum je bil uporabljen za izdelavo pomorske karte. Običajno je ta podatek naveden v kolofonu. Referenčni elipsoid, ki je za območje Jadrana pogosto v uporabi na pomorskih kartah starejše izdelave, je elipsoid Bessel 1841 – slednje velja tudi za hrvaške pomorske karte v izdaji Hrvaškega hidrografskega inštituta iz Splita. Razlike med elipsoidoma WGS 84 in Bessel 1841 so na Jadranu lahko velike, tudi do 300 m! Odstopanja se blago povečujejo od severa proti jugu in so večja v smeri geografske dolžine oziroma v smeri vzhod–zahod. Običajno so podatki o potrebnih korekcijah navedeni tudi na karti. Korekcije povejo, za koliko je treba odčitek položaja z inštrumentom GPS popraviti, da vrišemo pravilni položaj na karti in obratno. Seveda pa večina sodobnih sprejemnikov GPS omogoča tudi vnos parametrov približne transformacije (geodetski datum, kartografska projekcija), tako da nam inštrument GPS podaja vrednosti koordinat položajev, ki so za potrebe plovbe primerno usklajeni s karto.

 

V grafičnem delu navtičnega vodnika pred opisom posameznih delov obale so na kartah označene posamezne karakteristične točke GPS (waypoints) z izpisanimi vrednostmi koordinat, primernimi za neposreden vnos v sprejemnik GPS. Za označene položaje so vrednosti koordinat točne. Treba pa je poudariti, da so bile točke GPS izbrane v skladu s previdnostjo, potrebno za varno navigacijo. Zato se nahajajo na primerni oddaljenosti od obale in drugih ovir za plovbo. Nikoli se ni varno popolnoma zanesti samo na elektronsko navigacijo – v primeru neugodnih vremenskih razmer in slabe vidljivosti je podane položaje primerno še dodatno popraviti v smeri stran od obale oziroma ovir. Popravek za 0,05 minute v smeri sever–jug (geografska širina j) pomeni približno 92,5 m, v smeri vzhod–zahod (geografska dolžina l) pa približno 65 m. Popravek geografske dolžine v smeri proti jugu raste, vendar je ta razlika za območje slovenskega morja zanemarljiva. Seveda pa je pri navigaciji z GPS vedno obvezna tudi uporaba natančne pomorske karte in včasih tudi drugih klasičnih navigacijskih pripomočkov.