NAVIGATIE

Satelliet navigatie systemen

Plaatsbepalingssystemen zoals het Global Positioning System bestaat uit een netwerk van grondstations, satellieten en ontvangers en is van oorsprong een Amerikaans militair systeem, dat ook toegankelijk is voor civiel gebruik. GPS is daarbij niet het enige navigatiesysteem dat gebruikt maakt van satellieten, Europa werkt aan een vergelijkbaar systeem met de naam GALILEO en Rusland bedient zich van GLONASS.

Satellieten, grondstations en ontvangers

Deze vergelijkbare plaatsbepalingsystemen zijn opgebouwd uit de volgende elementen: op strategische locaties op aarde grondstations, op een hoogte van zo’n 20.0000 kilometer boven de aarde een 30 tal satellieten, en de ontelbare hoeveelheid ontvangers bij gebruikers.

Satelliet-signalen

De satellieten in de ruimte zijn voorzien van een uiterst nauwkeurige atoomklok. De satellieten zenden een signaal met een codering uit dat verwerkt wordt door de satellietnavigatie ontvangers. Het signaal afkomstig van de sateliet bestaat uit een ‘verzendtijd-codering’ en informatie van de betreffende satelliet. Boven vrijwel ieder gebied op het aardoppervlak zijn voor een GPS-ontvanger minstens drie satellieten ontvangbaar, maar hoe meer ontvangen signalen hoe nauwkeuriger de plaatsbepaling. Wanneer navigatie-apparatuur minstens het signaal van twee navigatiesatellieten ontvangt is deze in staat een geografische positie te berekenen aan de hand van ontvangen ‘verzendtijd-coderingen’ en de ‘ontvangsttijd’. De tijdverschillen daartussen zijn een maat voor de berekening van de plaatsbepaling.

Correcties

Daarbij zijn ook de grondstations van belang. Ook deze ontvangen voortdurend gecodeerde signalen van de satellieten. Waarbij een aantal met elkaar in verbinding staande grondstations op hun beurt de positie van satellieten in de ruimte berekenen. Naar iedere afzonderlijke satelliet stuurt het grondstation voortdurend een ‘correctie-reeks’ welke ook weer meeverzonden wordt met het door de ontvangers te verwerken signaal om te komen tot een zo nauwkeurige berekening van geografische positie, koers en snelheid en (vlieg)hoogte.

Sateliet Navigatie Systemen zoals het Global Positioning System (US), en GALILEO (EUR) GLOSNASS (RUS)

Militair systeem

Het Amerikaanse GPS-systeem is van oorsprong een militair systeem, ook gebruikt voor civiele doeleinden. Maar de nauwkeurigheid van het plaatsbepalingsysteem is daarmee ook in handen van de Amerikaanse defensie. Bij spanningen in de wereld kan de Amerikaanse defensie de nauwkeurigheid van het systeem verminderen door beïnvloeding van de GPS-signalen, uitsluitend te corrigeren door militaire GPS-ontvangers. Omwille van onafhankelijkheid bouwt Europa dan ook aan een eigen systeem met de naam Galileo, dat rond 2020 in werking wordt gesteld. En waarbij speciale ‘Galileo-apparatuur’ nodig is om daarvan gebruik te maken.    De realiteit is dat zowel de scheepvaart, de luchtvaart, het wegverkeer gebruik maken van de GPS-techniek. Wanneer het GPS-systeem ‘uit de lucht wordt gehaald’ ofwel op een verminderdere nauwkeurigheid wordt ingesteld zijn er wel grotere probleemgebieden dan dat van de gemiddelde watersporter …

Philips MK9 GPS navigator met weergave van de berekende koers en afstand tot waypoints en de actuele koers en snelheid over de grond. Andere mogelijke weergaven zijn onder andere verwachte tijd van aankomst en nog te varen tijd.

Philips MK9 AP Navigator

De getoonde Philips MK9 AP Navigator is begin jaren negentig ook op de markt gebracht onder de merknamen Leica en Danmark en stond aangeschreven als een professionele GPS voor de beroepsvaart en de watersport. GPS-apparatuur van recentere data biedt meer mogelijkheden, deze GPS heeft als ‘gebrek’ ook het niet meer actueel zijn met de datum, vanwege de zogenoemde ‘GPS Roll-Over’, maar de volgende informatie weet deze GPS op verschillende schermen vooralsnog weer te geven;

MK9 GPS functies

* Positie in coördinaten (Breedtegraden en Lengtegraden)
* Magnetische koers over de grond
* Ware koers over de grond
* Vaart over de grond
* Te varen loxodroomkoers naar routepunt
* Te varen grootcirkelkoers naar routepunt
* Te varen koers naar Man Over Boord positie
* Te varen verheid tot Man Over Boord positie
* Afstand tot aan te varen routepunt
* Verwacht tijdstip van aankomst bij routepunt
* Te varen tijdsduur tot routepunt
* Aankomstalarm bij routepunt
* Totaal afgelegde afstand in Zeemijlen (log)
* Afgelegde afstand met ‘0’ reset (log)
* Afwijking van ingestelde koerslijn (met alarmering)
* Afwijking van ingestelde ankerpositie (met alarmering)
* Voedingalarm (stroomvoorziening)
* Antennestoring alarm
* GPS-signaal alarm

Rollover

Wat de Rollover van gedateerde GPSen betreft, de signalen die de satellieten geven en waarmee de ontvangende GPS apparatuur rekenen zijn samengesteld uit een binair getal, ofwel een reeks bestaande uit de getallen 0 en 1 van 10bit. waarmee een datum en tijdaanduiding kan worden behaald van 1024 weken. Het Global Positioning System werkt op basis van een exacte tijdaanduiding. Wanneer er 1024 weken zijn verstreken gaat ‘de teller’ van de signalen die de satellieten afgeven weer op 0, het moment van de GPS Week  Number Rollover, de satellieten beginnen met het verzenden van een nieuw signaal. Op 21 augustus 1999 was de eerst Rollover, rond 6/7 april 2019 de tweede na het in gebruik nemen van het Global Positioning System. Het effect is dat gedateerde GPS-ontvangers vaak wel in staat zijn goede geografische posities en afstanden weergeven maar niet de juiste datum. Ook kan het opstarten bij een lege backup-batterij soms uren duren.

Navigeren op tablet met GPS

Dienst der Hydrografie, NV-Verlag en Imray

Tientallen jaren gebruikten wij de Nederlandse zeekaarten van de Dienst der Hydrografie van de Koninklijke Marine, de zogenoemde ‘1800-serie’ gebruikt en bestemd voor zowel de beroepsvaart als de pleziervaart. Gedetailleerde kaarten van hoge kwaliteit. Toch kozen wij een aantal jaar geleden voor de Duitse NV-Verlag zeekaarten. Deze zijn iets kleiner van formaat, gedrukt op steviger papier maar worden ook geleverd met een digitale versie voor gebruik op computer en tablet. Dat laatste gaf de doorslag voor de overstap. Ook de Britse Imray zeekaarten bieden deze mogelijkheid. Maar wij kozen voor de Duitse versie om de digitale kaarten ook op het tablet te gaan gebruiken, naast de papieren kaarten.

Navigeren op tablet, AIS gegevens van NV Atlas gebruikers weergegeven op het beeldscherm

NV-Atlas (NV-Charts en NV-Verlag)

En daar kun je mooie dingen mee doen. Allereerst zijn er de digitale kaarten zelf tot in detail op het scherm, maar door middel van een tablet met een Global Positioning System wordt de tablet gelijk een kaartplotter, waarin de eigen positie wordt weergegeven, gepaard gaande met de geografische coördinaten, de eigen koers en snelheid over de grond en de verwijdering van de te varen koerslijn. Een extra aanvulling: actuele gebruikers van de digitale versie van NV-Atlas worden eveneens weergegeven in het scherm, met weergave van hun geografische positie, koers en vaarsnelheid. En afhankelijk van de privacy-instellingen ook van een scheepsnaam. Waarmee het tablet de weliswaar beperkte functie meekrijgt van AIS, een Automatic Identification System. Niet te verwarren met het ‘echte’ AIS dat werkt met transponders en ontvangers in combinatie met GPS.

Waypoints, koerslijnen en peilingen

Door op het scherm te drukken kunnen er markeringen worden geplaatst, waaraan tevens een kleur en een foto kunnen toegevoegd, en waaraan door middel van het uitklapscherm aan de linkerzijde een naam kan worden toegevoegd. Ook is in het linkerscherm de geografische positie van de markering af te lezen. De gecreëerde markering kan ook van positie gewijzigd worden door in dit scherm de coördinaten te wijzigen.

Volgens hetzelfde principe kan er een route worden uitgezet, beginnende bij een waypoint 1. Bij het zetten van een volgende routepunt wordt daaraan een volgend nummer gegeven, eveneens in het linker uitklapscherm kunnen er aan de waypoints eigen namen worden gegeven welke desgewenst in de kaart op het scherm worden getoond. In het uitklapscherm links worden de koersen, afstanden en berekende vaartijden gegeven van waypoint naar waypoint. Door in het scherm op een koerslijn te klikken verschijnt een klein display met de mogelijkheid om de route in tegenovergestelde richting te varen, met de daarbij behorende koersen, verheden en vaartijden.

Aangeduid als lineaal kunnen er peilingen worden gemaakt zoals hieronder beschreven, welke ook als koerslijn kan worden gebruikt bij het varen van ‘A’ naar ‘B’.

Navigatiescherm op het tablet met eieren positie en gegevens van waypoints

Lineaal als peil- en koerslijn gebruiken

Koerslijn langs lineaal met verheid en koersen weergegeven

Klik een seconde op de kaart. Hierdoor wordt een klein keuzemenu geopend om op de aangewezen plaats een nieuwe markering, een route of een peiling te maken. Door de liniaal te selecteren via het genoemde menu verschijnt er een peiling met begin- en eindpunt op de kaart. Boven de lineaal staat de koers, en onder de lengte en de reistijd weergegeven. Door het begin of het eindpunt van de lineaal met de vinger te verplaatsen kunnen positie en lengte van de lineaal / koerslijn / peiling worden aangepast. Deze peiling kan worden verwijderen met behulp van de verwijderknop onderaan het scherm, welke zichtbaar wordt als de peiling ofwel koerslijn is geselecteerd. Bij de peiling en koerslijn verschijnen als hulpmiddel ook twee stippellijnen om het navigeren te vereenvoudigen.

Man Over Boord functie

Wanneer een persoon overboord is geraakt kan het MOB-symbool (een rood-witte reddingboei) in de rechterbovenhoek van het scherm worden gebruikt. Op de eigen scheepspositie verschijnt automatisch een MOB-markering, die ook wordt weergegeven aan andere gebruikers van de nv charts-app, zodat ook zij bijstand kunnen verlenen. Ook de navigatie naar de MOB-markering wordt gelijktijdig gestart. Als u naar een andere positie op de kaart navigeert, wordt deze navigatie daarmee gestopt. De MOB-markering markering wordt verwijderd door op de knop ‘Stop navigatie’ onderaan het scherm te drukken en de volgende vraag met ‘Ja’ bevestigen.

Wind en Getijden

In de rechter bovenhoek van het scherm bevind zich een knop aangeduid met een een wolk en een zon. Door daar op te drukken verschijnt er een ‘water & wind’ symbool (een windvaan en stroompijlen). Door de ‘stroompijlen’ aan te klikken verschijnt over het scherm (wanneer het getijdenwater betreft) de berekende stroomrichting en stroomsterkte van het water, uitgaande van het berekende getijde. Door de ‘windvaan’ aan te klikken verschijnt over het kaartfragment de actuele windsnelheid en windrichting. Bovenaan het scherm verschijnt een balk met links het symbool ‘instellingen’ (een wieltje). Daarmee kan aan de windsterkte een transparante kleur worden gegeven die overeenkomt met een staande kleurbalk links in het scherm. Hoe roder de transparante kleur, hoe sterker de wind in een bepaald gebied over de kaart.

Stroomsnelheden en -richtingen weergegeven op de digitale zeekaart, ditzelfde kan ook gedaan worden met de windsnelheid en -richting

Getijdentabel

Wanneer in het bedieningsscherm is aangeklikt dat specifieke navigatie-info op de kaarten zichtbaar moet zijn, zullen bij getijdenwater ruitvormige blokken te zien zijn. Door daarop te klikken verschijnt er de getijdengrafiek van de aangeklikte locatie, waarin de tijdstippen van hoog-en laagwater zichtbaar worden en ook de waterstanden van de tussenliggende perioden ter plaatse. Door de groene cursor te verplaatsen worden de specifieke tijden in combinatie met de waterstand zichtbaar gemaakt.

Door het symbool ‘getijden’ aan te klikken verschijnen de getijden in grafiekvorm

Oefening baart kunst

Nu vraagt het wel wat oefening om volledig op het tablet te navigeren, zo ervoeren wij. Het navigeren met het tablet doet een beroep op de interne batterij, dus voortduren of regelmatig opladen is wel aan de orde. Op een zeilboot gebeurd dat per definitie via de accu’s. Een tablet op een beweeglijk scheepje in een natte omgeving is ook kwetsbaar. En met natte vingers al dan niet gestoken in een handschoen het touchscreen bedienen is ook zoiets. Vandaar dat wij de tablet met de navigatie-App vooral gebruiken bij de reisvoorbereiding voor vertrek uit de haven. Het aardige is dat de gekochte kaarten altijd beschikbaar zijn, maar verbonden met het internet kunnen ook andere kaarten tot in detail worden bekeken. Met de restrictie dat de navigatiemogelijkheden zoals het gebruik als kaartplotter dan niet benut kunnen worden. Maar desondanks gaan we wel steeds meer de voordelen ontdekken, zoals waypoints invoeren en koersen uitzetten en foto’s downloaden en een zelfschrijvend logboek bijhouden. Ook van de getijden- en windgegevens maken we dankbaar gebruik. Waarbij we vooralsnog de papieren kaart erbij houden om op zeker te gaan en het tablet ernaast voor de specifieke gebruiksmogelijkheden.

NV-Charts navigeren op tablet Engels Handleiding

Disclaimer De bovenstaande uitleg en benaderingen zijn zo betrouwbaar mogelijk uitgelegd maar geven geen garantie op een veilige navigatie ter land, ter zee of in de lucht. Het bovenstaande is uitsluitend bedoeld om het begrip van en de belangstelling voor de navigatie te verbreden.