Navigeren met een (hand-held) GPS ontvanger.

Inleiding

In vroegere jaren was het navigeren b.v. op zee een ingewikkelde en onnauwkeurige bezigheid. Men was bezig met Kompassen, Klokken, Logs, Jacobsstaffen, Efemeriden tabellen en Sextanten om a.d.h.v. de tijd, het aardmagnetisme, en hemellichamen te bepalen waar men was.
Tegenwoordig draait er een netwerk van satelieten om de aarde die hele preciese navigatie informatie naar het aardoppervlak stuurt.
Dit systeem van satelieten, dat eigenlijk van het Amerikaanse leger is, maar dankzij enorm succes ook voor de 'burger' samenleving ter beschikking staat, heet GPS .
GPS staat voor G lobal P ositioning S ystem.
Met het GPS systeem is het mogelijk om op de hele aarde je positie, en hoogte te bepalen met een nauwkeurigheid van (vaak) 3 meter !
Tegenwoordig zijn ontvangers voor deze GPS signalen gewoon in de winkel te koop , en zijn vaak niet veel groter dan een gewoon "mobieltje". In de meest uitgebreide vorm kennen we de GPS ontvangers nu ook als Auto navigator waarmee alleen de bestemming nog maar hoeft worden opgegeven.
Om deze uitleg algemeen te houden behandel ik hier het navigeren met een gewone (hand-held) GPS ontvanger zonder gebruik van ingebouwde landkaarten:

Begrippen Richting, Koers, Peiling, en Spoor.

Bij het navigeren hebben we te maken met een aantal begrippen die uiterlijk veel op elkaar lijken maar, om niet te verdwalen, niet door elkaar gehaald moeten worden.
Hier volgt bij elk begrip een uitleg:

Richting: De richting (eng: Heading ) is de huidige loop, of rij-richting.
De richting veranderd als we tijdens het lopen een bocht maken en dus van richting veranderen.
Opm: Doordat de meeste GPS ontvangers niet uitgerust zijn met een ingebouwd magnetisch kompas, kan de kompas richting alleen bepaald worden tijdens verplaatsing, en niet bij stilstand.
De Richting wordt op een GPS ook aangegeven met het begrip Voorliggende Koers .
Peiling: De peiling (eng: Bearing ) is de te volgen kompas koers om vanuit de huidige positie naar een punt A te komen.
De peiling verandert naarmate onze positie t.o.v. het bestemmings Waypoint wijzigt.
Bijvoorbeeld : Als wij ons ten zuiden van het Waypoint bevinden zal de peiling een noordelijke koers aangeven, en als wij ons ten noorden van het Waypoint bevinden zal de peiling een zuidelijke koers aangeven.
Koers: De koers (eng: Course ) is de kompas koers die je moet gaan om van punt A naar punt B te komen.
Zolang punten A en B ongwijzigd blijven, is deze koers steeds dezelfde, ook als onze huidige positie, of richting veranderd.
Spoor: Het begrip spoor (eng: Track ) heeft te maken met een optie die niet op alle GPS navigators aanwezig is. Het heeft te maken met een optie waarbij de GPS ontvanger gedurende het lopen van een route voortdurend de gevolgde weg bijhoudt en opslaat. Je kan dit zien als het achterlaten van een "kruimelspoor" zoals in het sprookje van Hans en Grietje.
Dit, in het geheugen van de GPS ontvanger, opgeslagen spoor kan later excact van begin tot eind, of andersom nagelopen worden.
Met deze optie is het dus altijd mogelijk weer thuis te komen, simpel door de gevolgde route in tegengestelde richting terug te lopen.

Manieren van navigeren met een GPS ontvanger.

Er zijn in princiepe vier manieren waarop met de GPS ontvanger genavigeerd kan worden.
Voor elke manier volgt een uitleg :

Naar een Waypoint toe navigeren.
Dit is de meest eenvoudige manier van navigeren, waarbij we vanuit onze huidige positie direct naar een Waypoint toe gaan, zonder dat we hierbij een vooraf bepaalde route volgen. Deze manier van navigeren wordt in navigatie termen " GoTo mode" genoemd.
Op het navigatiescherm kan bij deze wijze van navigeren de "Pijl" het beste als Bearing Pointer worden ingesteld.
Opm: Beperking
Doordat we bij deze manier niet uitgaan van een vooraf uitgezette route, maar de te volgen route zich steeds "aanpast" aan de positie waarin wij ons t.o.v. het Waypoint bevinden, kan het voorkomen dat we effectief in steeds kleiner wordende cirkels naar het einddoel toe lopen.
Een Route volgen .
Op de GPS is het mogelijk van te voren routes uit te zetten. Een route loopt van een start (Way)punt naar een eind (Way)punt. In de route kunnen ook tussenliggende routepunten (Waypoints) opgenomen worden. Bij het navigeren van een route toont de GPS je steeds de te volgen koers naar het eerstvolgende routepunt die je in de route opgenomen hebt.
Op het navigatiescherm kan bij deze wijze van navigeren de "Pijl" het beste als Course Pointer worden ingesteld.
Nalopen van een Tracklog.
De GPS kan tijdens het lopen van een route een "Spoor" achterlaten. Dit spoor (eng: Tracklog) kan in het geheugen van de GPS worden opgeslagen en later nagelopen worden.
Op het navigatiescherm kan bij deze wijze van navigeren de "Pijl" het beste als Bearing Pointer worden ingesteld.
Zonder navigatie verplaatsen, maar wel een Tracklog achterlaten.
Dit is eigenlijk geen navigeren, omdat het lopen zonder een vooraf bepaald doel is.
Het is hier voor de kompleetheid opgenomen.
Door tijdens het verplaatsen een tracklog op te slaan is het altijd mogelijk weer thuis te komen, simpel door de gevolgde route in tegengestelde richting terug te lopen.

Waypoints.

Een Waypoint is eigenlijk een 'markering' op het aardoppervlakte en stelt een PUNT op aarde voor waarvan de positie exact bepaald is.
Deze markerings punten, (eng: Waypoints) kunnen in het geheugen van de GPS ontvanger opgeslagen worden.
Navigeren met de GPS komt eigenlijk neer op het lopen, of rijden naar, of via, in de GPS ontvanger opgeslagen, Waypoints
Het spreekt vanzelf dat de nauwkeurigheid van navigeren niet alleen afhangt van de nauwkeurigheid van het GPS systeem, maar OOK van de nauwkeurigheid waarmee de positie van een Waypoint in onze GPS ontvanger is vastgelegd !

Uitleg navigatiescherm.

Het navigatie scherm van een GPS ontvanger ziet er uit als de afleesplaat van een 'normaal' scheeps kompas.
Net als bij een gewoon kompas draait het kompasvlak mee met de richting die wij gaan.
Lopen we naar het noorden dan zal de N van noord bovenaan de kompas cirkel staan. Lopen we naar het zuiden dan zal de S van zuid bovenaan de kompas cirkel staan. Zo ook voor west, oost, en alle andere koersen.
De schaalverdeling op de cirkel loopt van 0 tot 359 graden.
De preciese Heading of Voorliggende Koers wordt vaak ook als getal op het dataveld van het navigatiescherm weergegeven.

Tijdens het navigeren met de GPS staat er in de kompas cirkel bovendien ook nog een Pijl in het scherm. Deze pijl wijst in de richting die we zouden moeten gaan om de geselecteerde bestemming te bereiken , of de gekozen route te volgen.

Bearing pointer

Als we met de GPS naar een Waypoint toe navigeren gebruiken we de Bearing pointer om te zien in welke richting we moeten gaan om bij het geselecteerde Waypoint te komen. Hierbij moeten we er steeds voor zorgen dat de Pijl recht naar boven blijft wijzen, want dan is de Heading (hoe we lopen) gelijk met de Bearing (hoe we zouden moeten lopen).
Staat de "pijl" naar rechts, dan moeten we de loop/rij richting naar rechts verleggen. Staat de "pijl" naar links moeten we de loop/rij richting naar links verleggen. (Follow the Needle).

Course pointer

Als we met de GPS een route volgen is het beter de pijl in te stellen als Course pointer .
Bij het volgen van een route geeft de pijl de richting van de (uitgezette) koers aan, en geeft dan bovendien aan hoeveel, we ons naast de uitgezette koers bevinden.
De extra schaal waarop dat te zien is heet CDI oftewel: Course Deviation Indicator.
De CDI schaal staat loodrecht op de Course pointer , en de indicator is het middelste deel van de Course pointer pijl.
Om goed te navigeren moeten we er voor zorgen dat de Heading (hoe we lopen) gelijk aan de Course (uitgezette koers) is, en de CDI op 0 staat (we zitten precies op de koers).
Hierbij is het dus niet alleen van belang de "pijl" naar boven te laten wijzen, maar ook er op te letten dat de "pijl" niet "verschoven" is.

Opm:
Bij ideaal navigeren zijn Heading , Bearing , en Course altijd hetzelfde.

Datavelden

Op het navigatie scherm van de GPS is naast de kompasroos vaak ook ruimte overgehouden om de waarde van diverse gegevensvelden te tonen. Naast zaken als Richting, Koers en Peiling zijn er ook vele andere waardes die voor navigeren nuttige informatie kunnen geven:

Tijd: De huidige lokale tijd
Snelheid: De huidige snelheid
Hoogte: De huidige hoogte
Vertikale snelheid: Hoe snel we ons in hoogte verplaatsen
Afstand: De nog af te leggen afstand naar het (eerst)volgende Waypoint.
ETE: Hoeveel tijd (nog) te gaan om bij het geselecteerde Waypoint aan te komen.
ETA: Expected Time of Arrival
Naar aanleiding van de gemiddelde snelheid, de tijd, en de nog af te leggen afstand naar het Waypoint kan de GPS bepalen hoe laat we op de plaats van bestemming aan zullen komen.
Opm:
Deze tijd wordt nauwkeuriger naarmate we de eindbestemming naderen.
Off course: De afstand die we "buiten" de geplande Koers liggen.
To Course: De te volgen richting om weer op de uitgestippelde route te komen.
Draai (eng: Turn): Hoeveel graden we naar rechts of naar links moeten afbuigen om weer de juiste Peiling of Koers te gaan volgen.
Zonsondergang: Hoe laat (op deze dag, en deze Lengtegraad) de zon ondergaat.

Positie aanduiding.

Om de positie van een plaats (in de GPS een Waypoint ) op aarde vast te leggen moeten we de coördinaten van dat punt vastleggen.
Naast de positie van een punt wordt in de GPS ook de hoogte van een punt vastgelegd.
Om een plaats op aarde vast te leggen zijn er verschillende coördinaat stelsels in gebruik :

Geografische (wereldwijde) coördinaten .

Bij het gebruik van Geografische coördinaten geven we een plaats aan door het vastleggen van de Lengte en Breedte-graad van de positie.
De breedtegraad bepaald de noord-zuid ligging, en de lengtegraad bepaald de oost-west ligging van de plaats op de aardbol.
De aardbol is 'denkbeeldig' van de noord, tot de zuidpool in 180 graden verdeeld. Precies in het midden is de evenaar. De breedtegraad op de evenaar is 0 graden, de noordpool heeft 90 graden Noorderbreedte en de zuidpool 90 graden Zuiderbreedte .
Over de aardbol loopt ook een 'denkbeeldige' lijn van de noord, naar de zuidpool precies door het plaatsje Greenwich in Engeland. Deze lijn heet de 0 meridiaan.
Alle plaatsen ten westen van deze 0 meridiaan hebben een Westerlengte en alle plaatsen ten oosten van deze lijn hebben een Oosterlengte . De lengtegraad schaal loopt van 0 (op de 0 meridiaan) tot 180 West, en van 0 tot 180 Oost.
Opm:
180 graden Oost is gelijk met 180 graden West. (plaatsen nabij de datumgrens midden in de grote oceaan).

Bij gebruik van het geografische coördinaat stelsel is de aarde dus in 180 breedtegraden en 360 lengtegraden opgedeeld.
De afstand tussen twee minuten breedtegraad is gelijk aan één (1) zeemijl.

Notatie geografische coördinaten

Een geografische coördinaat bestaat altijd uit ( in deze volgorde !) een Breedte en een Lengte graad aanduiding. Veel gebruikte notaties zijn:

hddd°mm.mmm’ h=N-S of E-W. ddd=graden. mm.mmm=minuten in duizenden
hddd°mm’ss.s h=N-S of E-W. ddd=graden. mm=minuten. ss.s=seconden in tienden
hddd.ddddd h=N-S of E-W. ddd.ddddd=graden in decimalen

Voorbeeld : De geografische positie van de Dam in Amsterdam is : N 52°22.376’ E004°53.566’

Raster coördinaten .

Op landkaarten die niet al te grote gebieden beschrijven wordt vaak gebruik gemaakt van een rasterverdeling van het gebied op de kaart.
Doordat het beschreven gebied van zo'n kaart relatief niet groot is, is ook de afwijking die je hebt doordat de "bolle" aarde op een "vlakke" kaart is weergegeven niet groot.
Bij gebruik van een raster coördinatenstelsel wordt het beschreven gebied verdeeld in vierkante blokken, vaak van 1 bij 1 kilometer. Bij het opgeven van een plaats op zo'n kaart geven we eerst de X-coördinaat of oostwaardse positie ( Easting ), en daarna de Y-coördinaat of noordwaardse positie ( Northing ) op.
Als we een 1 x 1 kilometer blok in duizend deelblokjes opdelen door de positie op drie decimalen nauwkeurig op te geven, kunnen we een punt dus op 1 meter nauwkeurig vastleggen.
Het gebruikte raster en de daar bij horende positie notatie is vaak afhankelijk van het land waar een bepaald systeem bedacht is en gebruikt wordt.
Een raster systeem heet in engels : een Grid system. Als we op de GPS ontvanger werken met coördinaten van een bepaald raster systeem moeten we de GPS instellen op dit stelsel. De notatie van opgeslagen waypoints zal dan automatisch veranderen in het ingestelde "Grid" systeem formaat.
Enkele bekende rastersystemen zijn :

Dutch Grid (gebruikt op kaarten van de Nederlandse Topografische dienst )
Nederland is verdeeld in een raster van 1 x 1 Km blokken. Het middelpunt van dit stelsel is de torenspits van de Onze-Lieve-Vrouwenkerk van Amersfoort. Uit praktische overweging ligt het nul-punt van het coördinaatstelsel 155 Km ten westen, en 463 Km ten zuiden van dit middelpunt. Hierdoor wordt bereikt dat alle coördinaten in Nederland een positieve waarde hebben, en de X (Easting), en Y (Northing) coördinaten direct herkenbaar zijn doordat alle X-coördinaten een waarde < 300 hebben, en alle Y-coördinaten een waarde > 300 hebben.
Voorbeeld : De "Dutch Grid" positie van de Dam in Amsterdam is : rd 121330 487344
Britisch Grid (gebruikt op kaarten van de Engelse Ordnance Survey )
Engeland is verdeeld in blokken van 100 x 100 Km. Elk blok heeft een twee letter aanduiding (b.v SJ ). Binnen zo'n 100 x 100 Km blok is een 1 x 1 Km rasterverdeling gemaakt. Een kaartreferentie in het Engelse grid systeem bestaat dus uit twee letters die het 100 Km blok aanduiden, en daarbinnen het Km grid, (opgedeeld in maximaal 3 decimalen).
Voorbeeld: De "Britisch Grid" positie van het plaatsje Whiston in Engeland is : SJ 475 912
UTM
UTM staat voor Universeele Transversale Mercatorprojectie. Bij deze wereldwijde standaard voor kaarten is de hele aarde over de breedte opgedeeld in 60 deelstukken van 6 breedtegraden groot.
Op de evenaar is zo'n stuk 660 km breed. De kaarten zijn allemaal voorzien van een ruit (Grid) van 1km x 1km. Het raster is parralel met de merediaan van het (deel) partje van de aardbol die het beschrijft. Per kaart is er een twee-cijferige aanduiding die de kaart aangeeft, om zodoende de hele aarde met deelkaarten te beschrijven.
German Grid
Maidenhead

Kaart datum

Een ander belangrijk begrip dat vooral bij erg nauwkeurig navigeren van belang is, is Kaart Datum . Het begrip kaart datum heeft niets te maken met de datum waarop een bepaalde landkaart is gemaakt of iets dergelijks.
De aardbol is niet precies een exacte Bol vorm maar is eigenlijk een soort rugby bal met puisten .
Om precies de lokaties van de ' bolle ' aarde vast te leggen op een ' plat ' vlak van een landkaart moeten er ingewikkelde wiskundige berekeningen gedaan worden om de 'bolling' van de aarde op de kaart te kompenseren. In deze berekeningen is de lokale waarde van de 'bolling' van de aarde een factor die afhangt van de gebruikte aardse sollenoïde.
Historisch zijn er in verschillende landen die landkaarten gingen maken ook verschillende systemen gebruikt om dit te doen.
De onderlinge verschillen zijn te verklaren uit hoe de topografische dienst van een bepaald land de afwijking van de aarde's bolvorm bepaald heeft, en ook van hoe daar het excacte middelpunt van de aardbol bepaald is.

In 1984 is met behulp van satelieten het excacte middelpunt van de aarde bepaald. Kaarten die gebaseerd zijn op deze bepaling hebben kaartdatum WGS 84 . WGS staat voor W orld G eodetic S ystem.
Het oppervlak van Nederland is door de topografische dienst ingemeten in de z.g.n. "Rijks Driehoeksmeting". Hierbij is uitgegaan van een voor Nederland meer geschikte bepaling van de 'bolling' van de aarde dan die van WGS 84. De landkaarten die met de Rijks Driehoeksmeting zijn gemaakt hebben als grondslag de sollenoïde van " Bessel 1841 ". In je GPS kan dit vaak ingesteld worden met kaart datum " Dutch ".

Het kan dus zo zijn dat een bepaalde plaats in Amsterdam op een kaart, die gabaseerd is op de WGS 84 kaart datum, andere coördinaten heeft dan dat het op een, Rijks Driehoeksmeting gebaseerde, kaart heeft ! Om een juiste relatie te leggen tussen, van de GPS ontvanger afgelezen, coördinaten en de juiste plek daarvan op een landkaart en vice-versa is het heel belangrijk de GPS ontvanger op de kaart datum van de kaart, die je gebruikt, in te stellen !

Vastleggen van Waypoints .

Navigeren met de GPS ontvanger is eigenlijk navigeren naar, in de GPS opgeslagen, Waypoints . Deze Waypoints moeten eerst op de een of andere manier in het geheugen van de GPS ontvanger opgeslagen worden. Er zijn eigenlijk vier manieren om dit te doen :

On the spot.
Verreweg de meest nauwkeurige en makkelijkste manier om een Waypoint in de GPS op te nemen is als je er bent. Maar ja... Als je er al bent valt er weinig te navigeren....
De meeste GPS ontvangers hebben de mogelijkheid om de aktuele positie, waar je je met je GPS ontvanger bevindt, als Waypoint op te slaan. Bij deze methode hoef je geen rekening te houden met coördinaatstelsels of de Kaart datum .
Van een kaart.
De coördinaten van routepunten waar je met je GPS naar toe wilt navigeren kan je van een landkaart aflezen, en dan handmatig rechtstreeks in de GPS ontvanger overnemen. Je kan een Waypoint vaak ook een betekenisvolle naam toekennen, zodat je het later in je GPS nog kan herkennen.
Hou er bij deze methode wel rekening mee dat je het coördinaatstelsel en de kaart datum van de landkaart die je hierbij gebruikt ook op de GPS ontvanger instelt, omdat er anders afwijkingen tot op 100 mtr kunnen optreden.
Van CD-Rom
Veel leveranciers van GPS ontvangers leveren ook CD-Rom's met aanvullende topografische informatie in digitale vorm. Deze informatie is vaak heel gedetailleerd, en daardoor ook regio gebonden. Met een interface kabel kan je deze informatie van je PC naar de GPS ontvanger overzetten.
Opm: Niet alle GPS ontvangers hebben genoeg geheugen, of de mogelijkheid om dit soort CD-Rom's op te slaan.
Van het internet.
Tegenwoordig vermelden instellingen als campings e.d. naast hun adres gegevens ook vaak hun geografische coördinaten. Ook zijn er site's op internet waar komplete routes van wandelingen of fietstochten met hun Waypoints op te halen zijn.
Met eenvoudige software als EasyGps kan je deze gegevens dan via een interface kabel van de PC in de GPS ontvanger opslaan.

De praktijk

En nu je alles over de GPS ontvanger weet, gaan we het in de praktijk toepassen .......

Kaarten kopen/bestellen

Het is hier mogelijk om direct losse topografische kaarten van Nederland online te bestellen bij de Topografische dienst in Emmen.
Bij de A.N.W.B. is een boek te koop met daarin ALLE schaal 1:50.000 topografische kaarten van heel Nederland. Ook kan je daar per provincie een deel kopen met daarin alle schaal 1:25.000 (zeer gedetailleerd !) topografische kaarten.

GeoCaching

Een spannende manier waarop je je GPS in combinatie met het internet kan gebruiken is bij het steeds populairder wordende GeoCachen . Hierbij kan je van het internet een GPS lokatie ophalen van een plek waar iemand een soort Schat (eng: Cache) verborgen heeft. Het is dan de bedoeling dat je a.d.h.v. dat waypoint op jacht gaat naar deze Cache en hem moet proberen te vinden.
Bij GeoCaching wordt wereldwijd gebruik gemaakt van de (standaard) hddd°mm.mmm' coördinaat aanduiding, en de WGS 84 kaart datum. Zorg dat je GPS ontvanger hier dan ook op ingesteld staat !

Staatsbosbeheer

Staatsbosbeheer in Nederland kent het z.g.n. Struinen met satelieten .
Hierbij hebben de boswachters van Staatsbosbeheer met de GPS routes in het bos uitgezet die soms van de paden afwijken. Ook heeft de boswachter vaak een Geo Cache langs de route achtergelaten.

Succes met navigeren !

John Geus
Februari 2004