CAI
Club Alpino Italiano
Sezione di Ascoli Piceno
Corso di Orientamento con GPS
Gennaio – Febbraio 2013
“Introduzione al GPS”
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AE-EAI – L. Filippo Giantomassi
PREMESSA
Introduzione al GPS
1. Preliminari …… saper riconoscere i propri limiti …… e lavorarci sopra!
2. Prima di usare un GPS dovete imparare almeno un minimo di orientamento ….
altrimenti a nulla serve il GPS,anzi ….!!
3. Per imparare veramente ad usare il GPS in montagna …. Sono necessari
alcuni sacrifici da parte vostra:
2
a)
vi dovrete studiare il libretto di istruzione del vostro strumento,
perché non è possibile spiegare a tutti le istruzioni di tanti strumenti
diversi ………!
b)
Vi dovrete sorbire un po’ di teoria, perché alcuni concetti sono
necessari per incorrere in madornali errori
c)
L’uso del PC è fondamentale per pianificare le escursioni e poi per
rivedere / comprendere casa abbiamo combinato in escursione
Introduzione al GPS
Il sistema satellitare GPS
Nascita del sistema Global Positioning System (GPS):
Ideato nel 1973 dal DoD (Departement of Defence) degli Stati Uniti d'America a
fini militari, il sistema divenne operativo il 27 aprile del 1995. La sua realizzazione
è costata agli USA 12 miliardi di dollari.
La costellazione dei satelliti:
Noto anche come NAVSTAR (Navigation System with
Time and Ranging), il sistema si basa su di una
costellazione di 24 satelliti in orbita intorno alla
Terra ad una quota di circa 20.200 km. Il periodo di
rivoluzione è di 11 ore e 58 minuti.
Essi sono distribuiti su sei orbite (4 per orbita)
inclinate di 55° rispetto al piano dell'Equatore.
Mediamente, da ogni punto del globo sono visibili
contemporaneamente dai 5 agli 8 satelliti.
Il sistema russo GLONASS:
Sistema analogo grossomodo a quello GPS americano. In orbita ci sono quindi
altri 24 satelliti. Per alcuni GPS (in questo momento l’unico commerciale è
l’Etrex 30) esiste la compatibilità e quindi un vantaggio sulla precisione, specie
in luoghi con scarsa ricezione. In arrivo anche GALILEO!
3
Introduzione al GPS
Il sistema satellitare GPS
E’ composto da stazioni terrestri
che, oltre a provvedere al
monitoraggio ed alla manutenzione
dei satelliti, inviano informazioni
sulla posizione degli stessi
(effemeridi) e correggono
periodicamente gli orologi atomici di
bordo. Tali informazioni vengono
memorizzate e trasmesse
continuamente agli utenti a terra.
La stazione principale è a Colorado
Spring negli USA, le altre sono
posizionate in isolette sperdute…:
Haway
nel Nord Pacifico
Ascension
nel Sud Atlantico
Diego Garcia nell'Oceano Indiano
Kwajalein
4
nel Pacifico.
Segmento di Controllo
Introduzione al GPS
Il sistema satellitare GPS
5
Introduzione al GPS
Cenni sul funzionamento del GPS
Funzionamento
Il ricevitore fondamentalmente misura la distanza che lo separa dai satelliti
visibili, con estrema precisione.
Per far questo, l'orologio del ricevitore è periodicamente sincronizzato con gli
orologi atomici presenti a bordo dei satelliti (2 orologi al cesio e 2 al rubidio per
satellite, a loro volta controllati dalle stazioni terrestri).
I satelliti inviano continuamente dei segnali, che sono confrontati dal ricevitore
GPS con un analoghi segnali prodotti internamente dallo strumento.
I segnali (generati da ogni satellite e dal ricevitore) sono sincroni al momento
della loro emissione.
A causa della distanza, quello satellitare giunge con un certo ritardo al
ricevitore e quindi risulta sfasato rispetto a quello da questo prodotto.
Questa sfasatura viene misurata e tradotta in intervallo di tempo. Tale
intervallo, moltiplicato per la velocità del segnale, fornisce la distanza satellitericevitore.
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Introduzione al GPS
Cenni sul funzionamento del GPS
Misura della distanza Satellite - Utente
Satellite
Ricevitore
GPS
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L’orologio del ricevitore GPS è
perfettamente sincronizzato
con gli orologi atomici a bordo
dei satelliti.
Il segnale inviato da ciascun
satellite “individuato/visto” dal
GPS, viene confrontato con
quello prodotto dal ricevitore
GPS stesso.
Lo sfasamento misurato sarà
proporzionale alla distanza tra il
satellite ed il ricevitore GPS
Introduzione al GPS
Cenni sul funzionamento del GPS
Misura della distanza Satellite - Utente
Satellite
Messaggi generati
contemporaneamente dal
satellite e dal ricevitore GPS
….. nello stesso istante!
Ricevitore
GPS
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Introduzione al GPS
Cenni sul funzionamento del GPS
Misura della distanza Satellite - Utente
Satellite
D = Distanza dal Satellite
t = Tempo impiegato dal segnale
per raggiungere il ricevitore
dal satellite
c = velocità del segnale (circa
quella della luce)
D = t  c
Ricevitore
GPS
Adesso vediamo perché ci servono più satelliti per
calcore la nostra esatta posizione …….
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Introduzione al GPS
Cenni sul funzionamento del GPS
Determinazione della posizione
(1/3)
Se il GPS “vede” 1 satellite  non è sufficiente !!
Il risultato sono tutti i punti di una circonferenza
equidistanti dal satellite individuato
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Introduzione al GPS
Cenni sul funzionamento del GPS
Determinazione della posizione 2/3
Se il GPS “vede” 2 satelliti  non sono sufficienti !!
Il risultato sono i due punti di intersezione tra due
circonferenze
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Introduzione al GPS
Cenni sul funzionamento del GPS
Determinazione della posizione 3/3
Se il GPS “vede” 3 satelliti  è teoricamente sufficiente
ad individuare un punto….
……… In realtà ne occorrono almeno 4 / 5 per una buona
precisione (in particolare il quarto per determinare l’errore
dell’orologio ed eseguirne una compensazione)
12
Introduzione al GPS
Cenni sul funzionamento del GPS
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Introduzione al GPS
Cenni sul funzionamento del GPS
Errori / Imprecisione
•
Variazioni di velocità del segnale nell'attraversamento della ionosfera e della
troposfera
•
Errori degli orologi e delle orbite
•
"Rumore" del ricevitore (qualità del ricevitore GPS)
•
Segnali riflessi da superfici vicine che disturbano il segnale principale (per
esempio: pareti di roccia)
•
La misura dell'imprecisione è chiamata DOP (Dilution of Precision) e in alcuni
ricevitori viene calcolata ed indicata.
•
L'errore più consistente era la S/A (Selective Availability), errore indotto
artificialmente dagli USA per motivi di sicurezza, al fine di impedire ai nemici
di utilizzare il sistema contro gli USA stessi. Fortunatamente, dal 1° maggio
2000 la S/A è stata eliminata. L'imprecisione che prima era dell'ordine dei
alcune decine di metri, è sceso ora a pochi metri.
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Un po’ di Terminologia …..
Introduzione al GPS
Waypoint
Il waypoint è un punto d'interesse, memorizzato nel ricevitore, tramite le sue
coordinate, l’altitudine, nome, descrizione ed altre informazioni
Rotta
Una linea “spezzata” che unisce una serie di waypoint, opportunamente posizionati e che
costituisce un supporto utile al raggiungimento per “tappe” di una meta finale.
Traccia
Insieme “quasi continuo” di punti (individuati da coordinate), che riportano con una
buona approssimazione il percorso effettuato, “memorizzato” dal ricevitore GPS,
oppure “simulato” su computer e poi scaricato sul ricevitore.
Fix:
la posizione attuale.
Prua (Heading):
la direzione di avanzamento.
Rilevamento (Bearing):
è la direzione dal fix al punto di destinazione
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Introduzione al GPS
Cosa ci facciamo del GPS in montagna?
In ordine di complessità:
1.
Registrazione del percorso di una escursione, utile per:
a. sicurezza (ripercorrerla in senso opposto in caso di emergenza…)
b. avere un archivio di tracce (occorre però sapersi interfacciare con un computer)
c. Memorizzare l’esatta posizione di punti di interesse e inserirlo in relativo archivio (anche qui
occorre interfacciarsi con un computer)
2.
Impostazione (senza computer) di una rotta, utile per:
a. Pianificare un’escursione, seguendo le indicazioni di una carta e/o di una guida
b. pianificare un’escursione, anche dove non ci sono evidenti sentieri (necessaria un’adeguata
capacità di lettura della carta!)
c. guidarci nell’escursione a raggiungere punti “strategici” lungo il percorso e quindi la meta finale
……
d. Registrazione del percorso e dei punti di interesse
3.
Impostazione (con computer) di una rotta e/o traccia, utile per:
a. Pianificare un’escursione, seguendo le indicazioni di una carta e/o di una guida
b. pianificare un’escursione, anche dove non ci sono evidenti sentieri (necessaria un’adeguata
capacità di lettura della carta!)
c. pianificare un’escursione per raggiungere punti “strategici” lungo il percorso e quindi la meta
finale
d. Georeferenziare una nostra carta
e. Inserire una nostra carta nel GPS
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Cosa ci facciamo del GPS in montagna?
SENZA L’AUSILIO DI
UN COMPUTER
CON L’AUSILIO DI UN COMPUTER PER
ARCHIVIARE ED ELABORARE DATI
Registrazione tracce
Archiviazione tracce, WP e rotte
Richiamo di tracce registrate
Richiamo di dati archiviati
BackTrack di una traccia
Georeferenziare una carta
Registrazione di WP
Elaborare Tracce
Ricerca di un WP registrato
Impostare WP
Elaborare Rotte
Invio dati al GPS
Preparazione “a tavolino” di una
escursione
Impostazione di WP
Elaborazione di una rotta
Uso di una rotta
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Lettura dati dal GPS
Altre funzionalità disponibili con il computer
Introduzione al GPS
Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori
a)Stabilire un budget di spesa
b)Scegliere modello / accessori
c)Scegliere dove (come) acquistare
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Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori
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Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori
Garmin ETREX 30
Garmin DAKOTA
•
•
•
•
•
•
Dimensioni ridotte
Dimensione schermo 2,6’’
Touchscreen
Possibilità di inserire
proprie mappe
Autonomia 20h
200€
•
•
•
•
•
•
•
•
20
Dimensioni ridotte
Dimensione schermo 2,2’’
Touchscreen
Possibilità di inserire
proprie mappe
24 canali in più (compatibile
con sistema russo
GLONASS)
Ottima autonomia 25h
Memoria e capacità interna
superiori
200€
Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori
Oregon
450
Montana
600
62st
•
•
•
•
•
•
21
Dimensioni medie
Dimensione schermo
3’’
Touchscreen –
buona risoluzione
Possibilità di
inserire proprie
mappe
Autonomia 16h
320€
•
•
•
•
•
•
Dimensioni medie
Dimensione schermo 2,6’’
Media risoluzione
Possibilità di inserire
proprie mappe
Autonomia 20h
350€
•
•
•
•
•
•
Dimensioni medie
Dimensione schermo 4’’
Touchscreen – buona
risoluzione
Possibilità di inserire
proprie mappe
Autonomia 16h – 20h
400€
Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori
•
•
•
•
•
•
•
22
Dimensioni medie
Dimensione schermo 3.5’’
Touchscreen – buona
risoluzione
Possibilità di inserire proprie
mappe
SW CompeGPS
Autonomia 20h
650€
•
•
•
•
•
•
•
Dimensioni medie
Dimensione schermo 3.5’’
Touchscreen – buona
risoluzione
Possibilità di inserire proprie
mappe
Buona cartografia
preinstallata
Autonomia 20h
400€
Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori
• Palmari
• Smartphone
• Tablet
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Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori
Accessori Indispensabili
Buone Batterie ricaricabili (scorta) e relativo caricabatteria
Custodia protettiva
Clip per aggancio allo spallaccio dello zaino
Laccio di sicurezza (di solito in dotazione), per assicurare il GPS allo zaino
Cavo per il collegamento al PC (di solito comunque fornito in dotazione con il GPS)
Cartografia in formato digitale (impareremo però a «costruircela»)
SW per elaborazione dati: waypoint, tracce, rotte, mappe …. Per esempio OK Map,
OZI Explorer, CompGPS , BaseCamp…
PC - Scanner
Accessori Utili
Antenna esterna
SW cartografico, per i modelli con funzioni di GPS Stradale (p.e. Autorouting)
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Guida all’acquisto di un GPS e relativi accessori
Scegliere dove (come) acquistare
Internet:
Si trovano ottimi prezzi ….. Occorre avere un po’ di coraggio ……
Negozi:
E’ bene girarne più di uno e trattare sia sui prezzi (possono offrire
servizi, come supporto in caso di guasti/rotture, altrimenti occorrerà
rivolgersi direttamente al centro assistenza)
Usato:
E’ possibile fare buoni affari, sia in internet (p.e. ebay), sia da persone che
hanno deciso di acquistare un nuovo modello .. Anche qui occorre avere un
po’ di coraggio ……
25
26
Impostazioni principali
Acquisizione dei satelliti
All’accensione passeranno alcuni istanti, prima che il GPS
“capisca” dove si trova e fornirà le coordinate esatte.
In particolare, se l’ultima volta che lo si è spento, ci si trovava
“lontano” dall’attuale posizione, ci vorranno alcuni minuti…
Nord Su / Traccia Su:
Indica la
direzione di
movimento
La circonferenza
esterna indica
l’orizzonte
La circonferenza interna
indica una posizione
intermedia (45°) rispetto
all’orizzonte
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È un importante impostazione ……
con “Nord Su” la parte alta dello
schermo rappresenterà sempre il
Nord,
con “Traccia Su” la direzione di
percorrenza sarà sempre verso la
parte alta dello schermo (tipica dei
GPS stradali)
Importante !!
Aspettare sempre che
l’acquisizione dei satelliti si sia
stabilizzata (Fix stabile) prima di
iniziare l’escursione
Impostazioni principali
Configurazione del GPS:
Fondamentale, prima di iniziare con l’uso del GPS,
impostare alcuni parametri.
In particolare: FORMATO POSIZIONE e MAP DATUM:
FORMATO POSIZIONE  impostate UTM UPS, che
ormai è lo standard con cui si esprimono le coordinate
MAP DATUM  consiglio di usare WGS84, il sistema
con cui lavora sempre il GPS ….. cambiare (per esempio
Europa 50), significa far fare al GPS dei calcoli di
conversione, con un’inevitabile incremento di errore.
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Impostazioni principali
Configurazione del GPS:
E’ importante inoltre sapere che occorrerà impostare
anche questi altri parametri.
IMPOSTAZIONE GPS  “Normale”, “Risparmio
Batteria”, “GPS Off”.
WAAS/EGNOS  sistemi rispettivamente Americano
ed Europeo, per migliorare la precisione del
rilevamento, tramite una serie di stazioni a terra.
BATTERIE  se ricaricabili (NIMh) o usa e getta
(Alcaline) …. Va impostato perché hanno una tensione
leggermente diversa.
ALIMENTAZIONE ESTERNA ESTERNA  cosa
vogliamo faccia il GPS, una volta tolta un’eventuale
alimentazione esterna (p.e. USB)
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Impostazioni principali
Attivazione Registrazione Traccia:
Fondamentale, al momento di iniziare l’escursione,
attivare la registrazione traccia (ON), altrimenti
sapremo costantemente la nostra posizione, ma non
registreremo il percorso effettuato.
Alla fine dell’escursione è importante, prima di spegnere
il GPS, disattivare la registrazione della traccia
(riposizionarsi su Off), altrimenti appena lo si riaccende,
magari a casa oppure all’inizio della prossima escursione,
vi troverete alla fine un’unica traccia con una bella linea
lunga che collegherà l’attuale posizione con l’ultimo punto
dell’escursione….
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Impostazioni principali
IMPOSTAZ.:
• Sovrascrivere se pieno
• Metodo di registrazione (Auto – per distanza – per tempo)
• Intervallo (se metodo di registrazione “Auto”  Normale – più
frequente – meno frequente. Oppure in funzione
dell’impostazione del metodo di registrazione ….)
• Colore della Traccia
ELIMINA: Cancella tutto la traccia mantenuta in memoria
TRACBACK: serve ad essere guidati a “ritroso”,
ripercorrendo la traccia registrata
SALVA: Salva le tracce non ancora memorizzate (va usato
a fine escursione, prima di spegnere………… però
attenzione: in questo modo la traccia salvata avrà un
numero di punti massimo, 500 o 1000, in funzione del
GPS, perdendo così un po’ di definizione)
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Impostazioni principali
Azzeramento Computer Viaggio:
Il computer viaggio è una schermata che contiene una serie
di dati da noi scelti …….. Di solito quelli maggiormente usati
sono:
Km percorsi – Velocità Istantanea – Velocità ascensionale –
Tempo di percorrenza totale – Tempo di percorrenza in
moto – Velocità Media – Altitudine – Dislivello totale (se il
GPS è dotato di altimetro) – Coordinate della posizione.
Comunque ci sono molti altri parametri che possono scelti e
visualizzati.
Se vogliamo avere i dettagli dell’escursione che si è in
procinto di fare  E’ importante azzerare tutti questi
dati alla partenza
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Impostazioni principali
Batterie:
Usare batterie Alcaline (quelle NON ricaricabili, per intenderci) o batterie NiMh (le
ricaricabili di recente generazione).
Da escludere l’uso di batterie Zinco-Carbone (a causa delle scarse prestazioni) e le
ricaricabili Ni-Cd (perché inquinanti e con notevole “effetto memoria”) .
Ovviamente ricordatevi di portare un set di batterie di ricambio
…. Non si sa mai!
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Impostazioni principali
Se avete un GPS con altimetro barometrico e bussola
elettronica  due consigli !!!!
1. TENETE SPENTA LA BUSSOLA qiando non vi serve, altrimenti
l’autonomia si ridurra’ drasticamente (+/- al 30% della durata)
2. DISATTIVATE LA FUNZIONE che tara costantemente
l’altimetro barometrico con quello satellitare, altrimenti, oltre ad
avere un errore elevato (nelle zone con poca «copertura» il dato
satellitare potrà essere poco preciso), la misura del dislivello
complessivo sarà totalmente inaffidabile, come pure il grafico
dell’altimetria del percorso. Inoltre sempre meglio avere due
riscontri.
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Impostazioni principali
Posizioniamo il GPS sullo Zaino
posizione di massima ricezione, in funzione delle caratteristiche dell’antenna
Se fa molto freddo  regolatevi con la disponibilità delle batterie!
Potrebbe essere conveniente metterlo in una tasca ……
Il consiglio è di dimenticarselo ….. godetevi l’escursione e utilizzate carta,
altimetro e bussola …….. In caso di emergenza potrete comunque contare su un
amico, che nel frattempo sta memorizzando il percorso, cioè la traccia
Non dimentichiamoci che potrebbe servire in caso ci si perda, nebbia oppure
occorre fornire l’esatta posizione in caso di richiesta di soccorso
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Ricavare le coordinate di un WP
direttamente da una carta
A partire da una carta escursionistica
georeferenziata (occorre conoscerne il
relativo map datum) è possibile estrapolare le
coordinate di un qualsiasi punto…….
+
+
363040 E – 4652080 N
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Possono essere calcolate le coordinate di
punti topici per un’escursione, così che poi ci
potremo costruire una rotta.
La precisione con cui si riporteranno i punti
sul GPS dipenderà dall’accuratezza con cui si
svolgeranno i calcoli, tuttavia sarà piuttosto
limitata (considerare che 1mm  25m).
Una volta calcolati, i WP di interesse
potranno essere memorizzati nel GPS
Pianificare un’escursione - un assaggio
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39
Pianificare un’escursione - un assaggio
Supponiamo di usare una carta …..…..e un gps
 Nel pianificare un percorso (Rotta), identifichiamo sulla carta una
serie punti di riferimento lungo il percorso (waypoints) che poi possono
essere riconosciuti sul terreno, con densità tanto maggiore quanto più
tortuoso è il percorso;
 Tali punti poi ci serviranno per verificare la nostra posizione,
soprattutto in casi di scarsa visibilità, zone con pochi riferimenti e
quindi particolarmenti difficili per l’orientamento
 Per questo tipo di impiego il waypoints, o punto di riferimento, svolge
un ruolo fondamentale.
 La griglia di coordinate riportate sulla carta è di grande utilità per
determinare le coordinate dei waypoint.
 Da quanto vedremo, si riconoscerà che è molto importante maturare
una certa pratica con l’uso delle coordinate in vista di un uso intenso
del sistema di posizionamento GPS.
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Pianificare un’escursione - un assaggio
Supponiamo di usare una carta …..…..e un gps
 L’esercizio è la suddivisione di un percorso in una sequenza di wpt, e la
misura delle loro coordinate sulla carta 
 disponiamo di una carta aggiornata, tipicamente 1:25.000 (attenzione
alle fotocopie, perché potrebbero non essere perfettamente in scala!!)
 la carta è dotata di un reticolo UTM
 disponiamo di un coordinatometro, o scalimetro di scala appropriata alla
carta, nel nostro caso 1:25 (lo scalimetro è simile a un doppio decimetro,
ma la scala non è in centimetri bensì graduata in modo da rendere
immediato il valore della coordinata. Per uno scalimetro 1:25, ogni tacca
corrisponde a 10 metri).
 Disponiamo di una lente di ingrandimento e di una superficie piana di
appoggio
 Identifichiamo il nostro percorso sulla carta, dobbiamo determinare la
sequenza di punti lungo il percorso.
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Pianificare un’escursione - un assaggio
Supponiamo di usare una carta …..…..e un gps
Consideriamo un caso limite, dove privilegiamo il fattore sicurezza:
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•
desideriamo trovare un wpt ad. es. ogni 5 minuti. Camminando lentamente
(ad es. in caso di scarsa visibilità), con una velocità di 2 km/ora, avremo 6
punti per ogni km percorso.
•
Una escursione di 10 km comporterà 60 punti da memorizzare!!
•
Questa impostazione ci consentirà di poter costantemente verificare la
nostra posizione, ma ….
•
Quanto tempo dobbiamo impiegare per ricavare le coordinate di 60 punti?
•
in questi casi, è conveniente pensare ad una forma semiautomatica di
digitalizzazione del percorso, con l’aiuto del computer!
Introduzione al GPS
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