Navegação | Motos e GPS – 2ª parte

Navegação Ad-hoc

O próximo passo que abordaremos sobre este tema, é sermos capazes de viajar a partir do ponto onde nos encontramos para outro ponto geográfico. Isto é, esperamos que o receptor de satélite saiba lidar com um comando ad-hoc de navegação, tão simples quanto: " Eu estou aqui e quero que me leves para acolá. Arranja maneira de o fazeres!".

Mas, afinal, como é que o receptor sabe onde é o "acolá"? E se souber, como é que ele "arranja maneira" de calcular o trajecto que o levará até a esse ponto? Vamos começar examinando em detalhe a primeira pergunta.

Base de dados de navegação

Os receptores modernos (praticamente todos os que possuem mapas associados), contêm uma base de dados de navegação. Esta, é composta por inúmeros pontos de interesse, que representam diferentes entidades, tais como pontos nas estradas, endereços, postos de gasolina, restaurantes, lojas, etc. A base de dados (banco de dados talvez seja o nome mais correcto), também contém entidades geográficas de países, estados, cidades e ruas. Quando o motociclista  navega em modo ad-hoc, normalmente são-lhe apresentadas selecções a partir da entidade de maior âmbito, tal como o país e só depois surgem os detalhes mais finos, tais como a cidade, a rua, ou o número de polícia. Em cada etapa, o receptor mostra uma lista de opções disponíveis, que vão sendo submetidas ao crivo da selecção anterior. Por exemplo, supondo que eu pretendo dirigir-me para a "o Nº15 da rua da República em Bragança – Portugal". Em primeiro lugar terei de seleccionar o país “Portugal”, depois a cidade “Bragança”, em seguida a “Rua da República” e finalmente o Nº da rua. Como em Portugal está convencionado que o Nº é acrescentado ao nome da rua, apenas no final poderemos introduzir o Nº “15”. Alguns receptores, como é o caso do Zumo 550, permitem inserir o código postal em jeito de atalho, já que este, num determinado país, corresponde exclusivamente a uma única cidade.

O receptor organiza estas entidades em estruturas de dados.
Tudo isto, permite ao receptor, converter todos estes dados relativos ao endereço introduzido e convertê-lo para uma coordenada geográfica no formato de latitude e longitude.

Vamos fazer um teste. Experimentem abrir o endereço do site www.gps-coordinates.net e procurem o endereço “R. da República 15, 5300-252 Bragança, Portugal” e verifiquem o valor da coordenada que é calculada: Latitude: 41.8054389 | | Longitude: -6.757772100000011. Embora este site esteja online e utilize funções do Google Maps, os receptores da Garmin, da TomTom, da Navigon e de outros fornecedores, utilizam funções similares off-line,  a fim de converter endereços em pontos de passagem (waypoints).

O receptor tem então neste momento, duas coordenadas (a do local de origem e a do local de destino). O desafio seguinte, será encontrar um caminho entre eles. Dentro do receptor há um outro grande banco de dados de waypoints, que descreve como é que eles estão ligados numa estrutura gráfica (mapa). Isto é semelhante a uma grande rede interligada. O gráfico, consiste num conjunto de vértices (um para cada ponto de passagem) e arestas que ligam os vértices. As arestas têm atributos que descrevem o caminho físico entre dois vértices. Os atributos podem consistir na distância, velocidade, tipo (caminho pedestre, estrada, fora de estrada, etc.), direcção (unidirecional, bidirecional), e outros.
No cerne do processo de cálculo do caminho, existe um software (algoritmo matemático) de encaminhamento. Esse algoritmo tenta encontrar o caminho mais curto entre o ponto inicial e o ponto final, usando as informações no gráfico (mapa) de navegação. O caminho mais curto, é calculado usando alguma métrica, como a distância ou o tempo. Essa  métrica, pode ser seleccionada pelo condutor num menú de configurações. As opções típicas são o menor tempo, a distância mais curta, ou fora de estrada. Por exemplo, no diagrama, o caminho mais rápido é o definido pelos segmentos ADF (545 segundos), enquanto que o caminho mais curto é definido pelos segmentos ABDF (10 Km).

O condutor pode impor os seus parâmetros para controlar como o caminho é calculado. Por exemplo, se definir que pretende “evitar portagens”, os segmentos dos extremos marcados como estradas portajadas seriam evitados. O caminho mais curto com a restrição de portagens seria o definido pelos segmentos ACDF (555 segundos).
Poderíamos também escolher outro factor limitador de acesso para o cálculo do nosso trajecto. Poderia ser o tipo de estrada. É este factor que define as estradas cénicas, com muitas curvas ou não pavimentadas, por exemplo. O receptor GPS Zumo 550  inclui como recursos para controle do tipo de estradas a inversão de marcha, as auto-estradas, as estradas sem limite de velocidade, portagens, tráfego, ferrie-boats, separadores de tráfego e estradas não pavimentadas. O TomTom Rider, possui um recurso que me parece de extrema importância e que o Zumo não tem. Trata-se do chamado “estradas sinuosas”, que funciona de forma semelhante.

É recomendável conferir todas as restrições antes de iniciar a navegação. Caso não o façam, pode acontecer que o equipamento calcule uma rota de onde resultem caminhos indesejados e quando menos se espera. Por vezes, quando se pretende chegar a um waypoint de destino rapidamente (por exemplo, encontrar um posto de gasolina o mais rápido possível), ter a restrição inactiva de caminho cénico, pode ser contraproducente. Há que estar atento.

Prós e Contras

A partir daqui, deve ter ficado claro por que razão as actualizações de mapas são tão importantes. Os mapas mudam diariamente, algumas estradas são eliminadas, enquanto outras são construídas ou alteradas. As limitações de velocidade são alteradas, criam-se novos postos de abastecimento, activam-se portagens, etc.
Alguns fabricantes de GPS (quase todos) cobram pelas actualizações de mapas, mas o mercado está em constante evolução e neste momento verifica-se uma tendência para o esquema de “Live Maps”, que significa que o fabricante fornecerá os mapas gratuitamente, durante o tempo de vida útil do equipamento (não confundir com duração física do equipamento).
A navegação ad-hoc é muito útil e pode facilitar-nos a vida, poupar-nos muito tempo e stress. Mas, este "modo preguiçoso" tem as suas limitações, pois permite ao receptor de satélite tomar decisões em nosso nome, no que respeita à definição da rota. O planeamento manual de rotas leva muito mais tempo, mas permite-nos o controlo explícito sobre por onde iremos e como iremos.

Podem seguir a primeira parte do artigo aqui.

Navegação | Motos e GPS - 1ª parte

Navegação -  hoje

Para os motociclistas, navegar de um ponto a outro,  antigamente era uma tarefa bastante exigente. Utilizar na estrada mapas em papel, exigia alguma habilidade e tempo, ocupava bastante espaço, pois obrigava a transportar diversos mapas e exigia muita atenção para continuamente aferir a sua posição num determinado momento. Tudo isto ao mesmo tempo e, por vezes, em condições atmosféricas adversas. Nos últimos anos, a navegação por satélite tornou-se acessível e disponível para os consumidores em geral, devido à abertura da sua utilização para uso civil, produção em massa, queda nos preços e equipamentos cada vez com menores dimensões. Em particular, o GPS tornou-se muito útil para os motociclistas.

No entanto, parece que muitos resistem a adoptar esta tecnologia por dificuldade em percebê-la e por não saberem utilizá-la de forma eficiente.

Este artigo, o primeiro de três, irá explicar de forma muito simples como funcionam os sistemas de navegação por satélite e como utilizá-lo de forma proveitosa, como importar rotas criadas por outros utilizadores e aquelas que considero as melhores práticas na concepção de rotas a partir do zero. Explicarei também em que consistem rotas e trajectos e outras funcionalidades do receptor de satélite, diferentes tipos de equipamentos, a base de dados (BD) do receptor, a sua montagem, ligação eléctrica e muito mais.

Porém, primeiro, vou começar por enumerar alguns conceitos básicos que facilitarão a aprendizagem gradual de tópicos mais avançados. Tentarei simplificar ao máximo as explicações para que a compreensão também seja fácil.

Tipos de Sistemas de Navegação por Satélite

A designação navegação por satélite é usada, porque se trata de um termo mais genérico que GPS (Global Positioning System), que verdadeiramente não é mais do que um sistema operado pelo Departamento de Defesa dos EUA e que foi inicialmente concebido para uso militar, mas mais tarde disponibilizado para uso civil. Há outros Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS), tais como o russo GLONASS, ou o europeu Galileo, que tudo faz crer, deverá estar operacional em 2020. Este sistema, prevê-se que possa vir a ter muito maior precisão do que os actuais sistemas. A designação GPS tornou-se tão popular, que hoje é usado pela maioria das pessoas como sinónimo de navegação por satélite. 

Como funciona a navegação por satélite

Então, o que é um Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) e como funciona? 

Trata-se de uma constelação de satélites que gravitam no espaço próximo, em torno da Terra. Cada satélite possui um relógio atómico extremamente preciso, que emite uma determinada mensagem a intervalos de tempo, utilizando um sistema de comunicação de ondas de rádio. Todos os satélites são sincronizados com o mesmo tempo de referência, e basicamente enviam uma mensagem que é semelhante à seguinte: "Eu sou o satélite número X  e meu tempo neste preciso momento é 15: 08: 04:. 00".

Calcular o tempo correcto

Quando um receptor de satélite (aparelho ao qual vulgarmente chamamos GPS) escutar a mensagem transmitida pelo satélite, conquista a possibilidade de ficar a conhecer o tempo actual com elevada precisão, em praticamente qualquer ponto da Terra. Isto, só por si, resolve o mistério para muita gente, de descobrir a razão pela qual o seu receptor GPS mostra sempre a hora correcta e nunca precisa de ajuste.

Determinar a localização e a distância

O receptor de satélite, em terra, possui uma antena interna (por vezes externa), que está permanentemente à escuta destas transmissões de rádio. Desta forma, ele mede a diferença de tempo entre o seu próprio tempo e o tempo do satélite. Esta diferença de tempo, é convertida em distância. Tal como aprendemos na escola, a distância é igual ao tempo, multiplicado pela velocidade, sendo esta  a velocidade da luz, uma vez que a mensagem emitida pelo satélite viaja como sinal de rádio.

Imagine-se uma esfera, onde o satélite está no seu ponto central, que é calculado a partir da identidade do satélite descodificada na mensagem (desde que a rota utilizada pelo satélite seja previamente conhecida). A distância a partir de um satélite significa que o receptor se encontra situado em algum ponto da superfície da referida esfera. Há infinitos pontos possíveis, todos à mesma didtância do centro dessa esfera. Mas qual dos ponto é o correcto? 

Para que o receptor consiga determinar o ponto correcto, ele precisa de conhecer quatro distâncias, recorrendo a um processo chamado de triangulação. Ele recebe mensagens de tempo de outros satélites e calcula quatro distâncias. As distâncias entre cada satélite são ligeiramente diferentes, pois encontram-se em rotas geoestacionárias diferentes e porque é necessário tempo para o sinal de rádio viajar desde cada um dos satélites até ao solo e, mesmo que a velocidade da luz seja muito rápida, é porém, uma velocidade finita, e diferentes distâncias resultam em diferenças de tempo (embora muito pequenas). O receptor, então, cruza as quatro esferas representadas pela distância de cada um dos satélites e concentra-se num único ponto solo, que não é mais do que o ponto onde o receptor está localizado.

Naquele momento, o receptor fica a conhecer a sua localização exacta, ou seja, as suas  coordenadas tridimensionais em relação ao centro da Terra, que ele convertirá em latitude, longitude e altitude. Se seleccionarmos a opção 'Onde estou?' no nosso GPS, obteremos precisamente esta informação.

Determinar a velocidade

Com o resultado desse cálculo na mão, poderemos ficar a conhecer mais coisas interessantes. Se o ponto for recalculado em intervalos de tempo regulares (a cada um segundo, por exemplo), o receptor pode medir a distância entre o ponto anterior e o ponto actual, e dividir o resultado pelo intervalo de tempo. Isso dar-nos-ia a velocidade. Da próxima vez que olharem para o GPS e virem a velocidade exibida, já sabem como foi calculada.

A distância total percorrida e a direcção de deslocamento são calculados de forma semelhante.

Pergunta-se por vezes: "Como é que a velocidade indicada no conta-quilómetros da moto é diferente da apresentada no GPS?"

As motos, tipicamente medem a velocidade a partir da roda da frente ou da transmissão. Ambas as formas são imprecisas. Por exemplo, a medição pode ser afectada pelo diâmetro do pneu, que vai diminuindo com o desgaste, o tamanho, ou a pressão. Até mesmo a relação de transmissão adoptada. São tudo factores causadores de erros. Mas, o principal problema ocorre, porque alguns fabricantes intencionalmente aumentam a velocidade exibida em até 10% (por razões legais). Por fim, a velocidade registada no GPS é muito mais precisa do que a medição de velocidade apresentada no conta-quilómetros da moto.