Il GPS (acronimo dei termini Global Positioning System, Sistema di Posizionamento Globale) è un sistema di posizionamento su base satellitare nato negli anni ’70 negli Stati Uniti d’America per scopi esclusivamente militari; il sistema GPS (o, più correttamente, NAVSTAR GPS, NAVigation Satellite Time And Ranging Global Positioning System) fu creato dall’USDOD, il Dipartimento della Difesa Statunitense. Come vedremo in seguito, nei primi anni ’80, l’amministrazione Reagan concesse, pur con alcune limitazioni, l’uso della tecnologia GPS anche per scopi civili. Il sistema GPS viene tuttora gestito dal governo statunitense e tutti coloro che sono dotati di ricevitori opportuni possono usufruire, in modo gratuito, di tale tecnologia. La tecnologia GPS è diventata nel corso degli ultimi anni di uso sempre più comune (l’utilizzo dei navigatori satellitari è ormai universalmente diffuso) tanto che oggi è possibile acquistare ricevitori GPS a prezzi relativamente contenuti. Lo scopo principale di questo articolo è quello di approfondire, per quanto possibile, un argomento specifico, ovvero le applicazioni del GPS al mondo della corsa e dello sport, ma quello sul GPS è un argomento curioso e interessante anche da un punto di vista più esteso; per questo motivo riteniamo opportuno fornire alcune informazioni di carattere generale (per gli aspetti storici si consulti l’ultimo paragrafo) su questa interessante tecnologia.
GPS: qualche informazione tecnica
Trilaterazione
I ricevitori GPS ricevono i segnali provenienti da alcuni satelliti presenti nella propria parte di emisfero; il ricevitore scarta quelli che si trovano troppo in basso all’orizzonte, dopodiché attua una selezione dei segnali migliori. A questo punto viene spontaneo chiedersi come sia possibile che il ricevitore riesca a “sapere” dov’è localizzato; ci riesce grazie a un calcolo che è noto come trilaterazione; per comprendere il concetto di trilaterazione può essere utile un esempio “pratico”.
Ci troviamo in un luogo a noi totalmente sconosciuto; chiediamo quindi a Tizio dove ci troviamo; ci viene risposto che siamo a 625 km da A; ciò ci aiuta molto relativamente; poniamo quindi a Caio la stessa domanda; ci viene risposto che ci troviamo a 690 km da B; non è moltissimo, ma la visione comincia a schiarirsi, infatti, se combiniamo entrambe le informazioni si ottiene un’intersezione tra due aree circolari; si può quindi supporre di trovarsi in uno dei due punti in cui le aree si intersecano; a questo punto interpelliamo Sempronio che ci risponde che ci troviamo a 615 km da C; a questo punto, intersecando la terza area possiamo escludere una delle due intersezioni precedenti perché la terza area si intersecherà soltanto con una delle due intersezioni; quello riportato è un esempio di trilaterazione a due dimensioni; la trilaterazione a tre dimensioni, quella utilizzata dal GPS, è concettualmente simile, la differenza sostanziale è che non si devono prendere in considerazione dei cerchi, ma delle sfere. Grazie alla trilaterazione a tre dimensioni il GPS è in grado di calcolare velocemente la propria posizione; attraverso la combinazione delle informazioni che il ricevitore GPS ottiene da tre satelliti, esso è in grado quindi di valutare longitudine e latitudine; se aggiungiamo le informazioni provenienti da un quarto satellite, il dispositivo GPS è in grado di fornire i dati relativi all’altitudine.
GPS e running
Nell’ambito del running il GPS viene soprattutto utilizzato per misurare le distanze, anche se i dati che può fornire contemplano molte altre grandezze legate allo spostamento del podista.
Cerchiamo adesso, per chiarirci ulteriormente le idee, di applicare alcune informazioni che abbiamo trattato nei paragrafi precedenti. Sappiamo che un’unità GPS riceve i dati di posizione da alcuni satelliti dopodiché avviene un campionamento di detti dati; il campionamento avviene ogni n secondi. In questa semplice descrizione ci sono i limiti e i vantaggi del sistema.
Infatti gli errori possibili sono sostanzialmente due:
a) non arriva il segnale del satellite. Ovvio che il dato di posizione viene a mancare. Ciò avviene, similmente a come accade per i telefonini, quando l’unità GPS “non prende” il segnale, in particolare quando “non ha cielo”. Si deve notare che (per il punto b sottostante), se percorro una galleria rettilinea, l’unità campionerà prima e dopo la galleria, congiungerà i punti e l’errore sarà nullo. Se invece la galleria è piena di curve, congiungendo i punti di inizio e di fine, si avrà un errore notevole.
b) Il campionamento è insufficiente. Ciò si verifica quando il percorso non è rettilineo e pieno di curve. Supponiamo che il tratto del percorso sia rappresentato dai due lati AB e BC del triangolo:
Se vado da A a C passando per B a 4’/km e impiego 5 secondi (cioè la distanza AC è 20,83 m), se sono sfortunato e il rilevamento della mia posizione avviene in A e in C, il sistema GPS rileva una distanza pari a quella del lato AC e non quella che ho effettivamente percorso (lati AB+BC). Il caso peggiore si ha quando il triangolo è equilatero con un errore di 10,4 m.
La precisione – Ovviamente se sono fortunato e il campionamento avviene in B non c’è errore perché i tratti AB e BC sono misurati correttamente. I primi GPS avevano una frequenza di campionamento molto bassa e quindi l’errore poteva essere notevole; oggi con campionamenti ogni secondo l’errore può essere tranquillamente inferiore ai 50 m per 10 km.
Attualmente i migliori GPS danno prestazioni molto attendibili, anche se, come abbiamo visto, a volte prendono ancora cantonate; in ogni caso l’errore massimo è sempre inferiore al 2% (200 m su 10 km, ma ormai sono situazioni limite). Se si vuole misurare un percorso, è opportuno farlo almeno due volte, in senso inverso e in giornate diverse; per la massima precisione, è importante non farlo tutto di corsa poiché più veloci si va e più tardi si rischia di agganciare il segnale: se per esempio si deve misurare un mille, si può correre per 950 m e poi fare le ultime decine di metri al passo, molto lentamente, evitando che il segnale dei 1.000 metri scatti quando si è già a 1.020 o 1.030.
I vantaggi – Sono notevoli, soprattutto per coloro che amano correre in libertà, decidendo spesso il percorso durante l’allenamento.
Gli svantaggi – Per misurare un percorso occorre farlo! Se per esempio parto dal desiderio di trovare un percorso di 25 km, il GPS mi aiuta solo… sul campo! Così un organizzatore di una corsa podistica che vuole misurare il suo tracciato deve farselo di corsa e una modifica dell’ultima ora (per esempio per cause di viabilità) renderà impossibile fornire una misura precisa ai partecipanti.
Gli altri dati – I vari modelli consentono di avere molti altri dati, ma praticamente l’unico veramente interessante è la distanza. in particolare, la velocità rilevata è sempre molto imprecisa, se l’andatura del runner non è uniforme perché frutto di una media, a volte non significativa.
GPS: alcuni modelli per lo sport
Lungi dal voler essere esaustivi (i modelli attualmente in commercio sono numerosissimi e sarebbe impossibile recensirli tutti), forniamo alcune informazioni su pochi modelli che potrebbero risultare interessanti per il podista e non solo. Si deve tenere comunque conto che l’obsolescenza di questo tipo di informazioni è notevole in quanto le case produttrici mettono in commercio nuovi modelli seguendo cadenze abbastanza ravvicinate.
Garmin Forerunner® 735XT – Una proposta interessante è il Garmin Forerunner® 735XT, uno sportwatch per il multisport dotato di GPS integrato e rilevazione della frequenza cardiaca direttamente al polso.
Il dispositivo prevede profili preimpostati dedicati al running, al ciclismo, al nuoto, al triathlon ecc.
Il design è minimale e la cassa è molto sottile e ciò lo rende piuttosto comodo.
L’ampio display permette la lettura dei dati registrati dallo strumento in modo veloce e chiaro.
La casa produttrice informa che il modello è “compatibile con la fascia cardio Garmin HRM-Run, così da avere importanti e utili dati sulle nuove dinamiche di corsa come lunghezza del passo, bilanciamento piede destro/sinistro nel contatto col suolo e rapporto verticale. Accanto a queste, anche le misurazioni fisiologiche con indicazioni su soglia anaerobica e Stress Score. Da non dimenticare ovviamente la rilevazione del dato di distanza, velocità, passo, oltre a importanti funzioni come il calcolo del dato VO2 Max, Record Personali, Previsioni gara, Avvisi recupero, Soglia Anaerobica e altro”.
È impermeabile fino a 5 ATM (50 metri). Riconosce lo stile di nuotata e registra la distanza coperta, il ritmo e il conteggio delle bracciate, oltre che le calorie consumate durante l’esercizio fisico. Il Forerunner 735XT è compatibile con la piattaforma Garmin Connect IQ ed è personalizzabile con widget, interfacce grafiche e campi dati qui disponibili. È il primo device con l’applicazione Strava Live Suffer Score preinstallata.
Le dimensioni sono 45x45x11,7 mm; il diametro dello schermo è di 31,1 m. La risoluzione del display è 215×180 pixel. Il peso è di 44 g; la batteria, ricaricabile, è agli ioni di litio; ha una durata fino a 14 ore in modalità GPS con cardio da polso attivato, fino a 24 ore in modalità UltraTrac senza cardio da polso attivato e fino a 11 giorni in modalità watch con smart notification e cardio da polso attivati.
Il prezzo iniziale aggirava sui 450; attualmente però, cercando online, si trovano offerte più vantaggiose. Sono disponibili anche altre versioni (Run Bundle con fascia cardio HRU-Run inclusa e una versione Tri Bundle con fascia cardio HRM-Tri e HRM-Swim incluse).
Polar M400 – Una proposta interessante, anche se non recentissima è il Polar M400, un dispositivo con GPS integrato pensato soprattutto per runner e ciclisti, anche se è resistente all’acqua fino a 30 m di profondità; nessun problema quindi per i nuotatori.
Pesa 56,6 g e misura 11,5 mm di spessore; è ergonomico e molto confortevole.
Il sensore di attività cardiaca non è interno al dispositivo, ma è esterno, applicato alla fascia da indossare sul torace.
Per quanto concerne l’attività di monitoraggio troviamo distanza, passi, altitudine, calorie bruciate. È possibile impostare il parziale automatico in modo che il dispositivo emetta un segnale sonoro a ogni giro; sono impostabili anche altri diversi tipi di segnale (superamento di determinate soglie cardio o velocità).
Il GPS può essere disabilitato per le attività al chiuso riducendo così il consumo della batteria. Quando il GPS viene abilitato sono possibili la rilevazione dell’altitudine e il dislivello massimo raggiunto nel corso dell’allenamento.
Il Polar M400 dà la possibilità di visualizzare le statistiche di attività sia in tempo reale sia quando l’allenamento è terminato e si possono consultare sul display o scaricare sul computer.
Il prezzo oscilla dai 110 ai 150 euro.
Modelli meno recenti, ma ancora reperibili
Garmin Cardio GPS Forerunner 910XT HRM – È un dispositivo GPS multisport da polso; è infatti stato progettato non solo per le misurazioni delle distanze percorse a piedi o in bicicletta, ma anche per il nuoto in piscina o nelle acque libere (è impermeabile fino a 50 m di profondità); per quanto riguarda il nuoto fornisce diverse misurazioni avanzante quali, per esempio, distanza nuotata, identificazione stile e conteggio delle bracciate in base alla lunghezza della piscina. Può essere impiegato anche durante lo svolgimento di altri sport acquatici quali windsurf e aquathlon. La funzionalità GPS di cui è dotato consente la registrazione dei percorsi che potranno essere visualizzati in un secondo momento o su una mappa oppure nella comunità online Garmin Connect.
La funzione multisport permette all’utente di passare da una modalità sportiva all’altra premendo il pulsante Lap, così da non perdere tempo nella transizione. Il kit di sgancio rapido (opzionale) permette di spostare velocemente il Forerunner 910XT dal polso alla bicicletta.
Per quanto concerne ciclismo e corsa, il Forerunner 910XT offre diverse funzioni tipiche dei GPS da bici e dei GPS studiati per il running; si possono avere quindi dati relativi a tempi, distanze, velocità, passo ecc. Il dispositivo è dotato di un altimetro barometrico che, quanto riportato dal produttore, elabora dati di quota come salita, discesa e pendenza, in modo molto accurato.
I campi dati sono configurabili ed è quindi possibile personalizzare varie pagine di allenamento per i diversi tipi di disciplina; si possono impostare allarmi con vibrazione quando si arriva a un traguardo intermedio.
A coloro che amano gli allenamenti più sofisticati va segnalato che il Forerunner 910XT è compatibile con i sensori ANT+ compreso il sensore opzionale velocità/cadenza per il ciclismo, o la fascia cardio premium (inclusa con alcuni modelli). È possibile associare il 910XT a una fascia cardio ANT+ esistente oppure acquistarne una come accessorio.
Le dimensioni del dispositivo sono (lxhxp): 5,4 x 6,1 x 1,5 cm; il display misura 3,3×2 cm; la risoluzione dello schermo è 160×100 pixel; l’unità pesa 72 g.
La batteria ricaricabile al litio del Garmin Forerunner 910XT ha una durata di circa 20 ore.
I prezzi oscillano dai 180 ai 360 euro.
Tom Tom runner multisport – Anche il Tom Tom runner multisport è un dispositivo GPS da polso ideato per coloro che praticano più di una disciplina sportiva (corsa, bici e nuoto).
È un GPS piuttosto leggero (pesa circa 50 g) ed è piuttosto sottile; il display, resistente gli urti, misura 2,2×2,5 cm e ha una risoluzione di 144×168.
Per quanto concerne il nuoto, l’impermeabilità del dispositivo è garantita a una profondità fino a 50 m; il Tom Tom runner misura le distanze percorse a nuoto sia in ambienti chiusi sia in quelli all’aperto. Vengono visualizzati diversi altri dati inclusi efficienza, bracciate, tipi di bracciata, lunghezze, distanza e velocità.
Il Tom Tom runner è dotato di tecnologia QuickGPSFix che permette al dispositivo di individuare in modo piuttosto rapido e preciso la posizione. La batteria (al litio) ha una durata, in modalità GPS, di circa 10 ore.
La navigazione dei menu del dispositivo è facilitata dalla presente di un unico pulsante di controllo.
Diverse funzioni sono disponibili, ma soltanto opzionalmente.
Il Tom Tom runner è dotato di una compatibilità multipiattaforma; è possibile sincronizzare, analizzare e condividere le proprie statistiche di allenamento sui vari siti e utilizzare le app più popolari dedicate alla corsa. Il dispositivo è facilmente collegabile a un PC o a un Mac con la tecnologia wireless. È inoltre implementata anche la tecnologia Bluetooth Smart per la connessione con il cardiofrequenzimetro TomTom* (accessorio opzionale) e con altri accessori Bluetooth Smart compatibili.
Il prezzo del dispositivo oscilla sui 160 euro.
Garmin Forerunner 610 – Il Forerunner 610 di Garmin è un dispositivo GPS da polso con quadrante touchscreen; sfiorando il display si possono sia visualizzare i dati sia regolare le varie impostazioni.
Fra le varie caratteristiche segnalate dal costruttore, oltre al già citato touchscreen, troviamo il Virtual Partner, ovvero una raffigurazione grafica del passo ideale che viene stabilito prima della corsa o dell’allenamento e del passo effettivo che viene tenuto dal runner. La funzione Virtual Racer consente una “gara” contro una prestazione precedente (che può essere del runner stesso o, per esempio, di un suo avversario). È poi possibile impostare il dispositivo in modo da poter tornare al punto di partenza, una funzione che può essere utile quando si sperimentano percorsi nuovi.
Il Forerunner 610 è dotato di tecnologia wireless ed è quindi in grado, quando si trova nell’area coperta da un computer, di scaricare automaticamente i dati dell’allenamento o della corsa.
Le dimensioni del Forerunner 610 sono 4,57x 6,35×1,42 cm, il display ha un diametro di 2,54 cm e il suo peso si aggira sui 72 g. Funziona con batterie agli ioni di litio ed è ricaricabile. L’autonomia è di circa un mese in modalità risparmio energetico, mentre è di 8 ore in modalità allenamento.
Il prezzo oscilla dai 150 ai 300 euro.
GPS: una storia interessante
Il GPS nacque, come abbiamo visto nel paragrafo iniziale, per scopi prettamente militari; l’innovativo sistema era, ed è tuttora, basato su una flotta di satelliti distanti circa 20.000 km dalla Terra e orbitanti attorno a essa (all’epoca i satelliti erano 24, ma in seguito tale numero è cresciuto); la durata dell’orbita di un satellite GPS è di 12 ore; quindi ognuno di essi compie ogni giorno due rivoluzioni complete intorno al nostro pianeta. I satelliti GPS sono distribuiti su 6 orbite ellittiche allo scopo di “coprire” interamente tutta la superficie terrestre.
La svolta che ha fatto uscire il GPS dal ristretto ambito militare risale al 1983 ed è legata a un evento tragico; in quell’anno infatti, per la mancanza di un sistema di navigazione adeguato, un aereo civile appartenente alla compagnia aerea Korean Air Lines violò per errore lo spazio aereo dell’allora Unione Sovietica; i caccia sovietici abbatterono l’aereo provocando la morte di 269 civili. In seguito a questa tragica vicenda, l’allora presidente statunitense, Ronald Reagan, concesse l’uso della tecnologia GPS anche per scopi non militari. Questa concessione aveva però delle limitazioni; il governo statunitense fornisce infatti due livelli di servizio GPS: segnale PPS e segnale SPS; il segnale PPS (Precision Positioning System), la cui precisione è inferiore ai 10 m, sarebbe rimasto riservato agli usi militari, mentre il segnale SPS (Standard Positioning System), opportunamente degradato, con una precisione di 100 m, poteva essere liberamente utilizzato da tutti.
La degradazione del segnale è stata poi tolta nell’anno 2000 dall’allora presidente statunitense Bill Clinton; nei modelli a uso civile devono però permanere alcune limitazioni relative alla precisione delle rilevazioni; tali limitazioni sono legate a questioni di sicurezza, per impedirne per esempio il montaggio su missili; il superamento di tali limiti è consentito a patto che non sia contemporaneo.
Ai 24 satelliti iniziali ne sono stati aggiunti poi altri 7; ciò ha consentito un miglioramento dell’affidabilità anche in caso di eventuali guasti che si possono verificare in qualche stazione satellitare. L’organizzazione dei satelliti è tale che in ogni emisfero siano sempre visibili almeno 12 satelliti.
Il resto è storia recente, la concessione del sistema satellitare a scopi civili ha fatto entrare gradualmente il GPS nel quotidiano della maggior parte delle persone, adesso infatti troviamo dispositivi GPS portatili per i più svariati usi, dai navigatori satellitari che sono utilizzati nelle automobili a quelli che possono essere aggiunti a computer palmari o ai notebook o alla strumentazione sportiva. I GPS per il mercato consumer sono tutti strumenti passivi, ricevono cioè i segnali provenienti dai satelliti in orbita, ma non sono in grado di inviare loro nessun tipo di informazione. Non si può quindi, tanto per sfatare una leggenda metropolitana, essere rintracciati da chicchessia solo perché abbiamo con noi un ricevitore GPS.
Il sistema GPS è basato su una flotta di satelliti distanti circa 20.000 km dalla Terra e orbitanti attorno a essa
