Компас
COMPASS

Предлагаемое изобретение относится к области ориентирования на местности и может быть использовано в спортивном ориентировании (СО) - технически сложном, интеллектуальном виде спорта. Основной вид СО - соревнования "в заданном направлении", в котором спортсмены должны обнаружить в определенном порядке контрольные пункты (КП), установленные на местности и указанные в спортивной карте этой местности, при помощи магнитного компаса.
Результат спортсмена, определяется по времени, затраченному на прохождение дистанции соревнований от старта до финиша, и складывается из времен прохождения отдельных перегонов между КП. Рассмотрим прохождение перегона от КП А до КП В.
Спортивная карта - это проекция местности на горизонтальную плоскость, пропорционально уменьшенная с определенным коэффициентом (масштабом карты) и изображенная на бумажном листе в специальных условных знаках. Поэтому карту и местность можно считать подобными в математическом смысле.
На местности имеется магнитное поле Земли, которое применяется спортсменом для правильной ориентации карты. Составитель карты (картограф) наносит на спортивную карту направленные линии горизонтальной составляющей магнитного поля Земли (вектор N), причем буква N указывает направление на магнитный север.
Магнитное поле воздействует на компас таким образом, что после установки платы компаса в горизонтальное положение, стрелка компаса после успокоения указывает концом с буквой N направление на магнитный север.
Для ориентации карты по магнитному полю Земли на местности, спортсмен, держа вместе компас и карту горизонтально, вращением карты или своим вращением добивается параллельности и одинаковой направленности вектора N карты и стрелки компаса.
В силу подобия карты и местности, спортсмену, находящемуся на местности, можно поставить в соответствие точку на карте этой местности, которую назовем точкой X. При движении спортсмена точка X меняет свое положение в карте и является переменной величиной.
При движении спортсмена по перегону АВ его путь на местности образует траекторию, которой можно поставить в соответствие воображаемую (виртуальную) траекторию перемещения точки X в карте или трек.
При использовании приборов спутниковых систем навигации (навигаторов и трекеров), положение точки X, а также трек этой точки можно визуализировать на электронной карте местности на мониторах приборов.
Однако правилами соревнований по СО спортсмену запрещено пользоваться дополнительными техническими средствами. Спортсмен, используя только магнитный компас и спортивную карту, должен уметь находить положение точки X в карте. А также решать две задачи - задачу по выбору на карте оптимального трека, а затем задачу по реализации выбранного трека на местности.
В начале движения по перегону квалифицированный спортсмен теоретически решает тактическую задачу по выбору с помощью карты оптимального для себя трека движения. Обычно спортсмен рассматривает несколько треков, из которых выбирается наименее затратный по времени.
Известно, что в плоскости карты минимальная по длине линия между двумя точками КП А и КП В представляет собой прямую. Однако на реальной местности из-за действия множества факторов, которые уменьшают или увеличивают скорость передвижения спортсмена, минимальная по времени прохождения отрезка АВ траектория обычно отличается от прямой линии, особенно на длинных или сложных перегонах.
Факторы, влияющие на выбор трека, можно разделить на свойства местности (наличие непреодолимых препятствий, сложный рельеф, гидрография, дорожная сеть, линейные объекты, проходимость и др.), индивидуальные характеристики спортсмена (опыт, техническая оснащенность и физическая подготовленность, ментальные способности и др.), а также другие факторы (точность карты, погодные условия, время суток, видимость на местности и др.).
Методика решения тактической задачи по формированию оптимального для спортсмена трека или формирование "нитки пробегания" подробно описаны (В.В. Костылев, Философия спортивного ориентирования. - М., 1995. - 30 с.).
Любой трек можно разделить на прямолинейные и криволинейные отрезки. Рассмотрим один из отрезков трека с начальной точкой отрезка Ха и конечной точкой Xb.
После выбора трека спортсмен должен решать следующую задачу по технической реализации на местности выбранного трека.
Находясь на местности, спортсмен, управляя своим телом, движется в каждый момент времени в определенном направлении, называемое курсом движения.
Курс движения спортсмена, как и азимут, численно выражается в виде значения угла, отсчитываемого по часовой стрелке от магнитного меридиана (вектора N). Назовем переменной К курс движения спортсмена в текущей точке X.
Для реализации любого отрезка трека (прямолинейного или криволинейного) спортсмену необходимо на местности часто контролировать два доступных ему параметра - пройденное расстояние и свой курс движения, зависящий от расстояния.
В СО для контроля этих двух параметров применяются элементы техники - "контроль направления или курса" и "контроль расстояния", выполняемые с помощью технических средств - компаса и карты. (Современная подготовка спортсмена-ориентировщика, А.А. Ширинян, А.В. Иванов. - М.: Советский спорт, 2010, с. 5 и с. 12).
Выполнение этих элементов техники рассмотрим на примере популярного компаса-аналога - "на пальце" (патент RU2675071, МПК: G01C17/04, 29.01.2018, Россия), у которого крепление платы компаса осуществляется на большом пальце руки с помощью эластичного ремешка. На грани платы компаса имеется цветная линия со шкалой или грань-линия, основная функция которой состоит выполнении технического элемента "Контроль курса". Назовем ее грань-линией курса (ГЛК).
При ориентации карты по магнитному полю, в силу подобия карты и местности, курсы движения в карте и на местности становятся параллельны. Используя ГЛК платы спортсмен может точно перенести курс движения с карты на местность следующим образом.
1) ГЛК платы прикладывается в точке Ха карты параллельно выбранному курсу Ка так, чтобы дальний от спортсмена конец платы был бы направлен в сторону точки Xb.
2) Карта на местности ориентируется по магнитному полю Земли.
3) Теперь продолжение ГЛК платы будет указывать курс движения спортсмена на местности.
Для наиболее точного переноса курса с карты на местность необходимо прикладывать ГЛК платы на минимальном расстоянии от воображаемого отрезка XaXb трека.
Технический элемент "Контроль расстояния" применяется спортсменом для измерения расстояний как на местности так и в карте, с последующим переводом в соответствующие расстояния на карте или на местности, используя пересчет с учетом масштаба карты.
В современном СО, в связи повышением точности карт и увеличением скорости бега, квалифицированные спортсмены практически не применяют точный контроль расстояния по причине трудоемкости и затрат времени. Для контроля расстояний используется приблизительная оценка как на местности, так и в карте.
На местности оценка расстояний осуществляется спортсменом на основании опыта предыдущих прохождений стандартных по длине отрезков пути. Оценка выполняется либо глазомерно (визуально), либо после прохождения по затратам времени или мышечных усилий. Подсчет шагов в настоящее время применяется редко.
В карте оценка расстояний для модели-прототипа выполняется с помощью отрезка эталонной длины, расположенного на плате компаса на грань-линии курса (ГЛК). В качестве эталонного по длине отрезка обычно используются штрихи шкалы с шагом в один сантиметр. Зрительная система человека легко разбивает отрезок между штрихами в карте на меньшие части, позволяя достичь оптимальной для оценки точности (0,2 см). Для быстрой и частой оценки расстояний на треке эталонный отрезок должен прикладываться вблизи отрезка XaXb.
Таким образом, для наилучшего одновременного выполнения технических элементов "контроль курса" и "контроль расстояния" ГЛК платы компаса со шкалой необходимо располагать на минимальном расстоянии от воображаемого отрезка Ха-Xb трека.
Точное движение по треку на местности можно реализовать при точном контроле на всем протяжении трека курса и расстояния, т.к. любой трек можно аппроксимировать с любой точностью набором микроотрезков разного курса.
Однако на практике, при движении на реальной местности, на спортсмена воздействуют множество разнообразных факторов, которые сбивают спортсмена с выбранного курса и препятствуют спортсмену точно двигаться по запланированному треку. Их можно разделить на объективные факторы местности (мешающая растительность, сложный рельеф, тяжелая почва и др.), субъективные факторы спортсмена (техника, опыт, усталость и др.). А также факторы, зависящие от организаторов соревнований (точность карты, сложность дистанции) и множество других внешних и случайных факторов (погодные условия, время суток, видимость на местности, влияние соперников и зрителей и др.).
В результате одновременного действия неблагоприятных факторов, при увеличении пройденного пути по выбранному треку, неизбежные неточности и погрешности накапливаются и возрастают. С точки зрения самого спортсмена, из точного положения на КП А, положение точки X постепенно превращается в область вероятно-возможного положения. При чисто курсовом движении "точка спортсмена" постепенно превращается в "сложную фигуру - смесь эллипса и трапеции" (В.В. Костылев, там же. - 112 с.).
Эта неопределенность в положении точки X может приводить к выбору спортсменом неправильного дальнейшего курса и, как следствие, значительному уходу от запланированного трека. В итоге это может привести к необнаружению на местности КП В и существенной потере времени при дальнейших поисках КП.
В СО на спортивной карте имеются объекты местности, которые позволяют спортсмену периодически уточнять свое положения. На спортивном языке - "привязываться" в карте. Такими объектами являются хорошо идентифицируемые на местности и соответствующие им в карте объекты, называемые ориентирами. В качестве ориентиров, на которых размещаются также сами КП, используются объекты местности в виде ямок, камней, углов линейных объектов и рельефа и др.
Для "привязки" в карте (или точного определения положения точки X) применяется третий элемент техники ориентирования - "чтение карты".
Под термином "чтение карты" подразумевается сложный мыслительный процесс, происходящий в сознании спортсмена по сопоставлению или сличению образа карты и образа местности (А.А. Ширинян, там же, с. 16).
Спортсмен наблюдает объекты как на местности, так и в карте в виде условных знаков, и пытается сопоставить их друг с другом. Если сопоставление удалось, то такой идентифицированный объект пригоден для ориентирования по нему и называется ориентиром.
При нахождении вблизи ориентира спортсмен может сразу определить положение точки X в карте или "привязаться в карте". При наблюдении такого ориентира вдали спортсмен также может "привязаться", используя обратный азимут от объекта и глазомерно оценивая расстояние до него, или используя обратные азимуты от нескольких ориентиров для определения точки X на пересечении линий.
Для наилучшего "чтения" карты спортсмен должен иметь максимально свободную для наблюдения область карты по курсу движения, справа, слева и впереди от точки Ха по направлению к точке Xb, т.е. в области отрезка XaXb трека.
Только при одновременном использовании всех трех элементов техники (контроля курса, контроля расстояния и чтения карты), в одной области карты вблизи отрезка Ха-Xb, достигается максимально надежная, безошибочная и быстрая реализация выбранного трека. Однако при этом имеется техническое противоречие, которое можно продемонстрировать на примере уже упомянутого аналога - патента RU2675071.
С одной стороны, для наилучшего чтения карты нужно иметь открытую область вокруг отрезка XaXb и поэтому отодвигать ГЛК с платой как можно дальше от этого отрезка. С другой стороны, для наилучшего контроля курса и расстояния, необходимо ГЛК платы держать на минимальном расстоянии от воображаемого отрезка XaXb трека в карте и параллельно ему. Но тогда отрезок ГЛК платы со шкалой будет частично загораживать область карты с одной стороны от отрезка XaXb и мешать "чтению" карты в этой области. Поэтому применение такого компаса при реализации трека не удобно для спортсмена, т.к. приходится часто передвигать плату по карте для выполнения всех технических элементов, теряя при этом время.
Этот противоречие частично устраняется в другом необходимом аналоге (патент SE 541293, МПК G01C 17/04, 07.01.2018, Швеция), в котором используется цветной стержень, располагающийся на продолжении линии курса и дающий свободный обзор карты слева и справа от стержня. Стержень определенной длины может выполнять функцию эталонного по длине отрезка и функцию линии курса.
Однако цветной стержень непрозрачен и частично загораживает карту в самой важной "для чтения" области при прикладывании его к отрезку трека ХаХb. Также, применение стержня на практике может вызывать проблемы в процессе контакта с картой. Стержень может гнуться, ломаться, протыкать карту и быть травмоопасным из-за тонкого конца или быть недостаточной длины.
В другом аналоге (патент RU 2701879, МПК G01C17/04, 28.02.2019, Россия) наличие выреза в грань-линии и прилегающей к ней части плоскости платы, позволяет разместить отрезок трека ХаХb и свободно наблюдать объекты карты в вырезе грань-линии. А также добиться совпадения продолжения ГЛК и курса движения в точке Ха. Однако в этом варианте аналога (п.1) отсутствует эталонный по длине отрезок в основной рабочей зоне ХаХb, что затрудняет выполнение технического элемента - "контроль расстояния".
Вариант этого аналога (п.2) наиболее близок к предлагаемой модели и принят за прототип. В этом варианте в вырез платы на место грань-линии добавляется нить, на которой можно разместить две цветные точки, с эталонным расстоянием между точками для "контроля расстояния". Поэтому можно одновременно применять все три технических элемента в одной области отрезка трека XaXb.
К основному недостатку прототипа можно отнести наличие нити между цветными точками, препятствующее свободному "чтению карты" в области отрезка XaXb. Поэтому техническое противоречие, имеющееся у аналогов, присутствует у прототипа. Также нить, не имея достаточной жесткости, может изгибаться при контакте с картой, изменяя форму прямой линии и ухудшая выполнение технических элементов.
Целью изобретения является устранение технического противоречия и достижение свободной читаемости карты в области отрезка XaXb, при сохранении наилучшего выполнения двух других технических элементов - "контроль курса" и "контроль расстояния". Таким образом, добиться наилучшего выполнения трех технических элементов в одной области карты (отрезка XaXb) для успешной реализации трека движения спортсмена.
Указанная цель достигается тем, что в компасе для спортивного ориентирования, содержащий колбу с магнитной стрелкой, и плату, к которой прикреплен ремешок для ношения компаса на пальце, причем плата имеет грань-линию курса, продолжение которой проходит через центр колбы, и вырез, охватывающий среднюю часть грань-линии и прилегающую к ней часть плоскости платы, на продолжении грань-линии курса с обеих сторон выреза расположены короткие прозрачные стержни с маркерами на концах в виде цветных точек и эталонным расстоянием между маркерами.
Основная функция маркера M1 состоит в локализации точки X в карте. С помощью "чтения карты" и при дополнительной помощи "контроля курса и расстояния", спортсмен может намечать маркером M1 возможное положение и затем находить точное положение точки X, "привязываясь" к ориентирам в карте, используя обратные азимуты от объектов и глазомерно оценивая расстояния до них.
Также маркер M1 выполняет функцию по "запоминанию" последнего положения точки X в карте. При движении по выбранному треку при "контроле курса и расстояния" спортсмен может перемещать маркер M1 вслед за точкой X, осуществляя функцию слежения.
Маркер М2 выполняет основную функцию указателя курса.
Маркеры M1 и М2 совместно визуализируют линию курса в карте, т.к. мозг спортсмена легко создает воображаемую линию между точками маркеров M1 и М2.
Также маркеры M1 и М2 совместно создают воображаемый отрезок в виде "окна" на ГЛК, имеющий эталонную длину. Это позволяет спортсмену сравнивать отрезок М1М2 с любыми другими отрезками в этом "окне" для быстрой оценки расстояния.
Наличие "окна" между маркерами М1 и М2 позволяет свободно "читать" карту от точки Ха по направлению выбранного курса при движении по треку. Размер "окна" выбирается из соображений наиболее удобного для спортсмена совместного выполнения всех трех технических элементов.
Поэтому отрезок в виде "окна" между маркерами M1 и М2 позволяет наилучшим образом применять все три технических элемента ("контроль курса", "контроль расстояния" и "чтения карты") одновременно и в одной области карты (отрезка XaXb), для успешной реализации спортсменом выбранного трека.
Таким образом, предлагаемая модель компаса позволяет разрешить техническое противоречие, имеющееся у представленных прототипов, и достигнуть цели изобретения.
На чертеже на фиг.1 показан вид сверху на компас с реализацией формулы изобретения, где 1 - колба, 2 - магнитная стрелка, 3 - плата, 4 - ремешок для ношения на пальце, 5 - отрезки грань-линии курса, 6 - стержни, 7 - маркер M1, 8 - маркер М2.
На чертеже на фиг.2 показан вид сверху на компас с картой при прохождении спортсменом на местности перегона АВ, где 9 - карта местности, 10 - начальная точка Ха миниперегона, 11 - конечная точка Xb миниперегона, 12 - трек миниперегона XaXb, 13 - курс Ка в точке Ха, 14 - курс движения спортсмена на местности.
Практическое применение предлагаемой модели компаса рассмотрим на примере прохождения перегона АВ (фиг.2). Перегон любой сложности и длины спортсмен может предварительно разбить в тактических целях на несколько отрезков или миниперегонов. Если перегон короткий и несложный, то он не требует дополнительного разбиения. В качестве крайних точек миниперегонов спортсменом обычно выбираются ориентиры местности, на которых можно "привязаться".
Рассмотрим реализацию одного из таких миниперегонов с начальной точкой Ха 10 и конечной точкой Xb 11, при использовании спортсменом только "контроля курса и расстояния". Вначале квалифицированный спортсмен, решая тактико-техническую задачу на миниперегоне, выбирает наиболее оптимальный трек 12 прохождения миниперегона XaXb (прямолинейный или криволинейный).
В начале реализации воображаемого трека XaXb, маркер M1 7 компаса устанавливается в точку Ха 10 в карте или рядом. Для переноса курса с карты на местность, спортсмен выполняет следующие операции: 1) Маркер М2 8 компаса устанавливается по курсу Ка 13 в точке Ха трека. Поэтому ГЛК 5 платы становится параллельной курсу Ка; 2) Карта ориентируется на местности по магнитному полю Земли. Для этого спортсмен, держа вместе компас и карту горизонтально и вращаясь вокруг своей оси, добивается параллельности и сонаправленности вектора N карты и стрелки 2 компаса; 3) В силу параллельности подобных линий в карте и на местности, продолжение ГЛК платы будет указывать курс движения спортсмена на местности 14.
Спортсмен начинает движение на местности по выбранному курсу. В процессе движения курс может оставаться либо постоянным (при выборе прямолинейного трека), либо постепенно меняться (например, при движении вдоль протяженных криволинейных объектов). В любом случае, переместившись на местности на определенное расстояние, спортсмен может указать новое вероятное положение точки X в карте, пересчитав пройденное в метрах расстояние в расстояние перемещения точки X в карте в миллиметрах, используя масштаб карты и известную длину эталонного отрезка М1М2, приложенного в карте к отрезку трека XaXb.
Определив новое положение точки X на линии трека, спортсмен может перенести в эту воображаемую точку на карте маркер M1 и "запомнить" таким способом текущее вероятное положение точки X в карте.
По мере прохождения трека, спортсмен отслеживает положение на треке текущей точки X с помощью маркера M1, периодически перемещая маркер в карте. Контроль курса, постоянного или меняющегося, в текущей точке X осуществляется с помощью маркера М2, который устанавливается на линию воображаемого курса в текущей точке X.
Выполнение элементов техники "контроль курса" и "контроль расстояния" с применением предлагаемой модели компаса происходит оптимальным образом.
Для обнаружения ориентира местности в точке Xb, спортсмену необходимо дополнительно применить технический элемент "чтение карты", при котором происходит сопоставление наблюдаемых объектов на местности и в карте для идентификации ориентира. Обнаружив ориентир в точке Xb, спортсмен может уточнить свое положение в карте и начать реализацию следующего миниперегона.
Выполнение элемента техники "чтение карты" на текущем миниперегоне XaXb происходит наилучшим образом, т.к. пространство между маркерами M1 и М2 абсолютно открыто для "чтения" карты.
Применение предлагаемой модели компаса в соревнованиях по СО, позволяет спортсмену применять наилучшим образом три основных технических элемента одновременно и в одной области карты, что позволяет максимально надежно, точно и быстро реализовать выбранный трек движения и достичь более высокого спортивного результата.