COMENIUS
project
06/07
Introduzione al
Geocaching
Inverness (UK)
Mestre-Venezia (IT)
Kerpen-Colonia (DE)
Fuentesaúco-Salamanca (SP)
La storia del GPS
Global Positioning System (GPS) is a
technology that uses the position of
satellites to determine locations on earth.
The U.S. Department of Defense decided
that the military had to have a super
precise form of worldwide positioning.
And fortunately they had the kind of
money ($12 billion!) it took to build
something really good.
La storia del GPS
The US previously employed a technique
called Selective Availability (SA) to
globally degrade the civilian GPS signal.
New technologies demonstrated by the
military enable the U.S. to degrade the
GPS signal on a regional basis. GPS users
world-wide would not be affected by
regional, security-motivated, GPS
degradations, and businesses reliant on
GPS could continue to operate at peak
efficiency.
What’s GPS?
• GPS is a system of 27 satellites
(24 active, 3 reserve) to
calculate a position.
• Satellites transmit their current
position down to Earth via radio
waves.
• GPS devices receive signals from
GPS satellites and determine
latitude and longitude of current
position on the Earth's surface.
The GPS can guarantee that there are at least 4
(normally 8) of them above the horizon for any point
on earth at any time.
Each satellite contains an atomic clock.
The satellites send radio signals to GPS receivers so
that the receivers can find out how far away each
satellite is (sometimes with millimetres precision) at
a given time.
That means we have to be outside in a fairly open
area for the GPS receiver to work.
Funzionamento GPS (1)
q Basato sul metodo della triangolazione
q Da considerazioni geometriche si ricava che:
q una distanza da un punto determina una superficie sferica
q due misure determinano una circonferenza data dall’intersezione di due
sfere
q una terza misura individua su questa circonferenza 2 punti, uno dei quali
può essere scartato in quanto interno alla terra oppure nello spazio che si
muove ad altissima velocità
q La distanza satellite-ricevitore può essere derivata conoscendo la
posizione del satellite considerato e noto il tempo impiegato dal segnale del
satellite per raggiungere il ricevitore GPS
q Sfruttando questo principio, si può determinare la posizione di un punto
sulla superficie terrestre dalla misura della distanza del punto rispetto a tre
satelliti in orbita
Funzionamento GPS (2)
In realtà sono 4 le incognite del sistema:
q Latitudine
q Longitudine
q Quota
q Tempo (l’orologio del satellite e quello del ricevitore non sono
perfettamente sincronizzati)
q Sono quindi necessari almeno 4 satelliti per localizzare un ricevitore
GPS in uno spazio 3D
q Una perfetta sincronizzazione tra gli orologi è fondamentale: un
millesimo di secondo può penalizzare la localizzazione nell’ordine dei 300
km!!!
q 3 Satelliti sono sufficienti nel caso in cui la quota sia nota (es. nella
navigazione, altitudine = 0)
Imprecisione nella Localizzazione (1)
Il segnale non viaggia nel vuoto. Attraversa:
q Ionosfera (0-70 km) densa di particelle cariche elettricamente e quindi
in grado di deviare le onde radio
q Troposfera (70-100 km) caratterizzata da una forte presenza di acqua
Risultato:
q rifrazioni e variazioni di velocità che producono allungamenti e
deviazioni dei percorsi del segnale rispetto a quelli previsti rettilinei
Importante notare che tali ritardi non sono costanti ma dipendono da:
q elevazione del satellite: segnali dei satelliti di bassa elevazione sono
maggiormente soggetti a variazioni (maggiore distanza percorsa attraverso
la ionosfera). Tipicamente si impone una soglia (es. 15° di elevazione)
q influenza dal sole: la densità della ionosfera subisce l’influenza del
sole; in particolare, questa diminuisce durante la notte, mentre aumenta
durante il giorno causando il rallentamento del segnale.
Componenti GPS
3 componenti principali:
q il segmento spaziale, formato
dalla costellazione satellitare GPS
orbitante intorno alla terra
q il segmento di controllo,
costituito da cinque stazioni GPS
permanenti poste
approssimativamente lungo
l’equatore
q il segmento utente,
rappresentato dai dispositivi dotati di
ricevitore GPS
Segmento Spaziale
Composto da una costellazione di 24 satelliti (21 operativi e 3 di riserva)
I satelliti sono disposti su 6 orbite:
q spaziate tra loro di 60° gradi
q inclinate di 55° rispetto al piano equatoriale
q disposte su diverse quote (~ 20.000 km da terra)
q il periodo orbitale è di 12 ore siderali (corrispondenti a 11h 56m)
q in qualsiasi momento ed in qualsiasi posizione sono visibili 4-12 satelliti
Satellite:
q ~7 anni di vita, 2T di peso e 5m di diametro
q 4 orologi atomici: 2 al rubidio e 2 al cesio
Ogni satellite trasmette a terra dati contenenti un segnale di tempo e
informazioni sulle effemeridi orbitali (ovvero coordinate Xs(t), Ys(t) e Zs(t))
Utilizzando due onde portanti modulate in fase:
q L1 1575.42 MHz (10.23 x 154): destinato ad uso militare;
q L2 1227.60 MHz (10.23 x 120): destinato ad uso civile
Segmento di Controllo
q Permette di controllare da terra i satelliti e le informazioni da questi
trasmesse
q 5 stazioni di tracking per il monitoraggio (uniformemente intervallate in
longitudine), una stazione master (caratterizzata da sofisticate
apparecchiature, es. orologio atomico all’idrogeno)
Funzionalità:
q traccia i satelliti GPS, ne aggiorna la posizione orbitale e provvede alla
calibrazione e sincronizzazione degli orologi dei satelliti
q determina l'orbita di ciascun satellite e la previsione del percorso per le
seguenti 24 ore. Tale informazione viene trasmessa a ciascun satellite che la
ritrasmette al segmento utente, consentendo quindi al ricevitore GPS di
individuare la posizione di ciascun satellite.
Segmento Utente
q Rappresentato da qualunque apparecchiatura
che utilizzi un ricevitore GPS
Migliorare l’Accuratezza nella Localizzazione: DGPS
q La correzione differenziale delle posizioni (DGPS) può eliminare parte
degli errori che influiscono sull’accuratezza della localizzazione (precisione <
5m)
q Sistemi WAAS (statunitense) ed EGNOS (europeo) sono utilizzabili per
applicazioni civili. Si utilizzano contemporaneamente due strumenti riceventi:
q una stazione fissa posta in una
locazione di cui sono note le
coordinate
q un ricevitore mobile di cui si vuole
conoscere la posizione
La stazione base calcola l’errore tra la
posizione misurata e quella nota ed
archivia le correzioni e le loro
variazioni nel tempo
Tali correzioni vengono comunicate ai
ricevitori che si trovano nelle vicinanze
della base
What’s Geocaching?
• The basic idea is to set up caches (hidden
containers) and share the locations
(latitude/longitude) of these caches on the
internet.
• A cache is normally
a weather-resistant
container such as
Tupperware or
surplus ammo box
What’s Geocaching?
• GPS users can then use the coordinates to
find the caches.
• The visitor may take
something from the cache,
leave something, and/or sign
the logbook.
• The “find” is then logged onto the Internet
website where statistics about found and
hidden caches are maintained.
What’s Geocaching?
Geocaching can be thought of in two parts:
• The journey to reach the cache area.
• The challenge of actually finding the
cache container.
Both can be equally rewarding.
Geocaches are not allowed
to be buried in the ground.
How did it get started?
• Jeremy Irish, the owner of the
Geocaching.com website, expanded the
idea and named it “Geocaching”.
• Geocaching is now in all 50
states and more than 200
countries.
• Geocaching.com is by far
the #1 website for
geocachers.
Inverness
Colonia
Venezia
Salamanca
What’s in a cache?
• Logbook
• Trinkets to trade
– Examples: maps, books, software,
hardware, CDs, videos, pictures, coins,
tools, games, etc.
• Information sheet that explains the
container and geocaching, as well as
contact information.
• Disposable camera (optional)
What are the rules?
Cache placement (1)
• No caches on land maintained by the
National Park Service or Wildlife Service
(National Wildlife Refuges)
• No caches that are buried.
• No caches placed on archaeological or
historical sites.
• No caches close to active railroad tracks.
150 feet minimum.
What are the rules?
Cache placement (2)
• No caches on military installations.
• No caches near or under highway
bridges, dams, government buildings, or
airports.
• No caches on school property without
permission.
Geocaching.com
Il sito di riferimento è:
www.geocaching.com
altri link utili:
• www.geocaching-italia.com/
• it.wikipedia.org/wiki/Geocaching
• http://brillig.com/geocaching/
• http://www.howstuffworks.com/gps.htm
La tua prima ricerca
• Fase 1 – Identificare il cache
Geocaching F.A.Q.
(Frequently Asked Questions)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
What is this 'geocaching' thing anyway?
What's a GPS receiver?
What's the catch?
What does one find in a typical cache?
How much does geocaching cost?
What should I NOT put in a cache?
Who goes geocaching?
What precautions should I take?
Who invented geocaching?
What is Geocaching?
• In short, it is a high tech treasure
hunt.
• To find a “cache” use a handheld
GPS receiver and coordinates
found on geocaching websites.
• Enter the coordinates into the
receiver and let the receiver guide
you to the cache.
Variations in Geocaching
There are many variations in geocaching:
• Offset caches: The coordinates are
usually a historical monument or
plaque. From there you would look for
offset numbers stamped or written
nearby the location and/or continue
based on instructions found.
• Multi-caches: The first cache gives
coordinates to the next location or
multiple caches give hints to the final
cache.
Variations in Geocaching
• Virtual cache: The cache is an
existing landmark, such as a
tombstone or statue. You have to
answer a question from the
landmark and let cache “owner”
know as proof you were there.
What is a cache?
• A cache can be anything.
• Usually there is a logbook.
• There are, many times, other things
too, like geocoins, information about
local landmarks, candy, stickers, etc.
• Caches can be found anywhere, from
under a park bench to the side of a cliff.
Usually are in a pretty conservative
place.
Cost?
• The only thing you need to go
geocaching is a GPS receiver and
coordinates to the location.
• www.geocaching.com is a site that
is free, you just have to be a
member to get the coordinates,
which are given in Latitude and
Longitude and also UTM.