Hjemkomst med GPS - Dansk Brevduesport

”BREVDUER MED GPS”
Oversættelse og indledende bemærkninger
Ove Fuglsang Jensen
Denne artikel er hentet fra et fagtidsskrift Galileo`s World, der bl.a.
handler om brugen af GPS-systemet, samt om verdens mindste
GPS-enhed til brevduer. Artiklen er dette nummers tophistorie i
Galileo`s World.
Artiklen er tidligere sendt til redaktøren af ”Brevduen”, som dog
ikke mente at det havde interesse for bladets læsere, og ved
henvendelse til Hovedbestyrelsen for DdB mente denne heller ikke
det havde interesse.
Jeg vil derfor takke ”DANSK BREVDUESPORT” for adgang til
hjemmesiden, og takker samtidig for hjælp ved ombrydning og
oversættelse. Til sidst i artiklen er der tilføjet en ultrakort teknisk
gennemgang af fakta omkring GPS systemet. I 2004 vil der komme
nye forskningsresultater fra nye testflyvninger med GPS-enheder -
som vi vil bringe her.
Skal en GPS-enhed fæstnes på en
brevdue, kræves en sofistikeret
teknologi. For at forstå hvordan
brevduer navigerer, har forskere
udviklet verdens mindste GPSenhed.
Brevduen finder hjem ved at bruge en
kombination af kort og kompas
mekanismer. For at bestemme sin
position i forhold til dueslaget, bruger
brevduen et ”kort” af fysiske faktorer,
der kan indbefatte lugt, magnetisk
intensitet, infralyd, polariseret lys og
muligvis landkending. De fysiske
faktorer menes at forme en slags
gitter. Brevduer lærer værdierne
hjemme på slaget, og sammenligner dem med de værdier de
møder på deres småture eller træningsture. De sidste 30 år
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 1 AF 11

forskere har arbejdet med brevduer, har man fundet af at der er 2
slags kompasser: Solkompasset og et magnetisk inklinations
kompas. Solens azimuth (horisontal position) og intensiteten af
magnetismen, fungerer som et sol og magnetisk inklinations
kompas. Desuden har brevduer et internt ur, og kan kompensere
for solens skiftende horisontale position i løbet af dagen.
Den traditionelle metode at studere brevduers orientering, er ved at
iagttage dem med kikkert på slipstedet ved enslip, og se hvilken
vej de forsvinder, - dette kaldes på engelsk vanishing bearing
(Startorientering). Denne metode er selvfølgelig ikke
tilfredsstillende, da man kun kan følge
duerne de første kilometer. Hvis man kan
kortlægge brevduers komplette rute til
slaget, og sammenligne den med områdets
topografiske struktur og andre mulige
faktorer, kan man muligvis udlede hvorledes
brevduer finder hjem over større afstande.
Observatører der bruger den traditionelle metode ved navigeringsforsøg.
Der bruges kikkert for at følge duerne og bestemme retning
for startorienteringen.
Hvorfor vælge GPS?
Som ansat på Institute of Zoology på Franfurt Universitetet,
arbejder jeg sammen med Professor Wolfgang Wiltschko. Jeg
begyndte i 1995 at udvikle en ”GPS fligth recorder” til brevduer. Et
år senere stødte Eckhard Rüter til projektet. Vi har i løbet af de fem
år det varede, været igennem utallige forsøg, men endte med den
nuværende model. Oprindelig begyndte vi med mere traditionelle
navigerings teknologi: Simpel sattelitsystem kaldet ARGOS, alm.
radiosporing fra fly, og andre former. Vi endte med GPS-modellen
af følgende grunde: Verdensomspændende rækkevidde, meget
præcise sted bestemmelser og valg af signalfrekvens (sampling
rates).
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 2 AF 11

Unikke krav
For at bygge en modtager kræves en række faktorer opfyldt:
Vægt: Brevduer vejer 300-500 gram. For at flyve normalt, må en
due ikke blive tynget med mere end 10% af legemsvægten, ja
faktisk skulle den være tættere på 4% af vægten.
Luftmodstand: En ”rygsæk” forstyrrer den aerodynamiske strøm
omkring duen, og gør derved flyvningen mere besværlig. Vores
GPS-enhed skal have et kompakt design og lav profil.
Signalfrekvens (Sampling rates): Brevduers gennemsnitlige
hastighed i flugt er ca. 70 km/t. Ved den hastighed, er
signalfrekvensen med én position pr. minut så lang, at der er 1
kilometer mellem hvert plot. Dette er for meget, og det blev
besluttet at ét signal hvert 1-5 sekund ville være det ideelle.
Operationstid: Orienteringsforsøg med
duer laves sædvanligvis i en afstand af 10-
200 km, hvor duerne returnerer til slaget
på mellem 3 til 24 timer. Vores batteri
måtte derfor holde mindst nogle timer, og
samtidig være super let.
Andre faktorer: GPS-enheden skulle
selvfølgelig ikke forstyrre de magnetiske
felter omkring duen, og samtidig være så
lille at det ikke forstyrrer duens
bevægelser. Kostprisen skal selvfølgelig
også være lav, for at få så mange enheder
som muligt til forsøgene.
Konklusion: Modtageren skal opfylde følgende krav: Angive
positionen med en nøjagtighed på 100-300 meter, ikke større end
70 x 40 x 30 millimeter, ikke veje mere end 30 gram inklusive
antenne og batteri, operationstid 3-12 timer, ingen tab af data ved
strømsvigt.
Konstruktion af GPS-enheden
Med udgangspunkt i den teknologi der var tilgængelig i 1997 – var
det muligt for os at konstruere en GPS-enhed til brevduer. I starten
af 1998 gik vi i gang. Vi lavede først en prototype som vejede 100
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 3 AF 11

gram, som vi gennem ni måneder testede og foretog forbedringer
på. For eksempel, så var den passive antenne som vi anvendte
fejlbehæftet i 25% af alle forsøg, fordi den ikke modtog de afsendte
signaler vedrørende den aktuelle position - der blev afsendt fra
GPS-enheden. Desuden gemte den eksterne data-lagrings-enhed
ofte kun én af de mange værdier/positioner som der blev afsendt til
den. Det betød, at vi skulle omprogrammere hele den software som
vi i første omgang havde taget udgangspunkt i. Da vi konstaterede
det, var det lige før, at vi havde opgivet hele projektet.
Men i foråret 1999 blev der lanceret en ny type GPS teknologi, som
sparrede os for en masse bekymringer med den gamle model. Den
nye prototype – version to – gav os en ny og frisk start på
projektet. Eckhard Rüter og Michael Reichmann fra firmaet Rüter
EPV Systeme GmbH. udviklede en ny og funktionsdygtig GPSenhed.
ETH i Zürich bidrog med udviklingen af antennen.
Den nye enhed indeholder et GPS hybrid bundkort, en data
opsamlingsenhed, en strømconverter, en smal/flad antenne, et
litium batteri, en ekstra mikroprocessor til styringen af det specielt
programmerede software til GPS-enheden. Alle komponenter er
slutteligt emballeret i tyndt plastic-folie. Det hele til sammen fylder
kun 8,5 x 4 x 1,5 cm. og vejer kun 33 gram, plus 5 gram til
seletøjet.
Figur 1. Diagram af GPS-enheden
Hjælpemidler til træning og
testflyvning: Nederst til højre ses
seletøjet, øverst til højre selve GPSenheden.
De andre ting er vægte af
træ og plastik.
Lagringsenheden kan gemme ca. 90.000 positioner, der kan
gemmes én position per sekund og batteriernes holdbarhed er ca. 3
timer.
Under flyvningerne gemmer GPS-enheden således alle positioner i
den interne hukommelse. Når flyvningen er overstået, så kan alle
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 4 AF 11

informationer blive overført til den Personlige Computer. Her kan
alle data blive behandlet og efterfølgende visualiseret på et
landkort. I tilfælde af strømsvigt under flyvningen, da vil alle
positioner blive lagret i flash RAM (en hukommelsesenhed/chip)
som betyder, at ingen data vil gå tabt. Disse data kan hentes ned
fra GPS-enhedens standard protokol (kaldet en NMEA som er
forkortelsen for; National Marine Electronics Association) der kort
fortalt anvendes til at transmittere data med. Der kan både være
tale om simple data (også kaldet; binary format) eller mere
komplekse størrelser (også kaldet; ASCII format). Alle disse data
bliver indlæst og behandlet i et software program (kaldet; Visual
Basic) som foretager ”oversættelsen” til mere brugbare
informationer – som herefter kan viderebehandles på PC´eren.
GPS-enheden går i luften
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 5 AF 11

Træningen af duerne: Vi brugte voksne brevduer, der var vant til
orienteringseksperimenter. Duerne fik 3 mdr. til at
vænne sig til seletøj og vægte. Først blev det
prøvet at komme 25 gram vægte på duerne
med det samme., men duerne virkede
meget foruroliget, og vi fjernede derfor
straks vægten, og prøvede os frem
langsomt med 8 gram og endte til sidst
på 35 gram. I den første tid med seletøj
og vægte på, opførte duerne sig
mærkeligt, og satte sig i bunden af
dueslaget i underlige positioner, med et
underligt udtryk som ville de sige: ”Hvad
sker der her?” Efter et stykke tid
begyndte de at opfører sig normalt, men
blev stadig ved med at pikke på seletøj
og vægte.
Test flyvninger: Efter nogle korte testflyvninger i Minden og
Frankfurt i begyndelsen af September 1999, besluttede man at
afvikle den endelige testflyvning 27-28 September 1999. Som
slipssted blev valgt Obermörlen, ca. 30 km nord for Frankfurt, en
lokalitet forskere har benyttet ved forsøg med brevduer i 22 år. Ti
forskellige duer bar GPS-enheder, otte duer bar vægte og
yderligere 11 duer uden nogen vægte. På denne måde kunne man
se om der var forskel på opførsel af duer med og uden GPS-enhed.
Ved denne testflyvning ville de mange uafklarede spørgsmål,
hvordan det egentlig ville virke, blive klarlagt.
Slipstedet: Valget af Obermörlen skete af to grunde: Stedet var et
gennemprøvet slipsted og havde samtidig en moderat afstand, nok
til at teste GPS-enhederne. Obermörlen har også hvad man kalder
en slipstedsafvigelse
(Release site bias). Dette
betyder at duernes
startorientering afviger
permanent et vist antal
grader fra den direkte
retning mod slaget. Ved
Obermörlen viser
startorienteringen altid en afvigelse mod
øst. Gennemsnitsafvigelsen viste i årene
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 6 AF 11

før 1993 en afvigelse fra 114-184 grader, og i foråret 2000 en
afvigelse fra 157-172 grader. Den lige vej hjem ville være 185
grader. En af grundene til at bruge GPS-enheder på duerne, er
netop at finde ud af hvordan duerne retter op på den forkerte
slipstedsafvigelse. Derfor er spørgsmålet: Ville dette også blive vist
på vores lille testflyvning? Der havde i 22 år været gode erfaringer
med Obermörlen, og da vores udstyr er ret dyrt ønskede vi det
naturligvis tilbage. Udover dette er topografien interessant (Figur 2)
da en bakke en dalsænkning og et bjerg vil tvinge duerne til at
vælge retning.
Figur 2. Topografien ved slipstedet (Rød plet). Eichberg bakke, en
dalsænkning samt en bjergkæde forhindrer duens tur hjemad.
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 7 AF 11

Flyvningens resultat
Før den egentlige flyvning slog vi
GPS-enheden til, for at
modtagerne kunne spore
satellitterne, lavede et hurtigt
check og slap derefter duerne fri.
Ved gennemførelse af denne
flyvning, var vi nervøse for
resultatet da det var i slutningen
af september med lunefuldt vejr.
Den sidste due med en modtager
kom næste dag. Af de 10 duer
med GPS-enheder, lykkedes det at
udmåle de 9 flyveruter, da 1
modtager svigtede. Hver flyverute
bestod af ca. 10.000 positioner og
hjemkomsttiden kunne måles fra
alle 10 duer. Syv af de ni
flyveruter var komplette (Figur 3)
fra slipsted til slaget. 2 andre
tilfælde tog så lang tid at
batterierne løb tør for strøm.
Flyveruterne plottes
At plotte flyveruterne var ikke så
nemt som vi troede, og specielt
konverteringen af data tog tid. Til
sidst lykkedes det os at plotte 4
forskellige ruter på et topografisk
kort (Figur 4). Hver retning,
drejning eller cirkelbevægelse
duerne havde foretaget sig blev registreret. Dette var sandelig helt
efter den plan vores projekt havde håbet at opnå! Ved de
forskellige testflyvninger, iagttog vi omhyggeligt duer med og uden
modtager. Duer med en GPS-enhed havde tendens til at flyve
lavere, og vingerne blev løftet højere, men bortset fra det fløj de
som de andre duer. De fleste duer kredsede for at vinde højde og
tog derefter retning mod syd, hvilket er en helt naturlig opførsel
(Figur 4). Alle flyveruterne er øst for den direkte linie, og de fleste
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 8 AF 11

duer afviger ca. 9.3 km øst for den direkte rute (Figur 3). Få
kilometre syd for slipstedet er der en bakkekam på 70 meter. I tre
tilfælde drejer duerne stik øst og
derefter sydøst, men det mest
interessante er de duer der flyver
over bakkekammen, for derefter
at flyve mod SydØst!
Andre data
Figur 4. Syv komplette
flyveruter. Den lige linie til
venstre er den direkte linie til
slaget i Frankfurt.
Vores GPS-enhed aflæser også tiden, hvilket gør os i stand til at
undersøge hvornår og hvor længe en due holder pause. De fleste
duer tog adskillige pauser på turen, lige fra 1 minut til 3 timer. På
grund af den høje signalfrekvens på 1 signal pr. sekund., er det
muligt at se alle bevægelser i detaljer. De fleste duer der bar
modtagere tog noget længere tid med hjemkomsten end duer uden
modtager. For duer med modtagere tog det gennemsnitlig 133
minutter, sammenlignet med kontrolduer uden modtagere som tog
52, 91 og 56 minutter. Den hurtigste due med modtager tog 52
minutter og den mest langsomme tog 6 timer og 40 minutter.
Fremtidige forbedringer
Den nuværende prototype på GPS-enheden, ser ud til at være nær
perfekt. Man regnede oprindelig med, at få et signal pr. 5 sek., men
har nu 1 pr. sekund. Man regnede med at kunne plotte 1.000
positioner, men er nu oppe på 10.000 positioner, og hvis batteriet
holder længe nok kan man lagre 90.000 positioner. Ved ældre
forsøg med duer påmonteret en sender der vejer 2,5-5% af duens
vægt, viste der sig en forøgelse af kuldioxid på 40-50%. Det er
altså anstrengende med de 38 gram ekstra vægt, men på den
anden side er det ikke ret meget mere end den vægt af foder duen
æder (25-30 gram).
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 9 AF 11

GPS i andre forsøg
Vores GPS-enhed kan i fremtiden let bruges til større fugle: Falke,
albatrosser og gæs. Man kan nu lave forsøg et hvilken som helst
sted på jorden, den eneste grænse er batteriets holdbarhed og den
menneskelige snilde.
Fabrikation
GPS-enheden er udtænkt og udviklet af Karen Von Hünerbein og udviklet og
fremstillet af Rüter EPV-Systeme GmbH, baseret på en y-blox hybrid board.
Data converter software er udviklet ved brug af Microsoft Visual Basic, og
duernes flyverute er plottet med Northport System mapping software Fugawi
og Daimler Benz Aeroespace & Dornier Top 50.
Karen Von Hünerbein er Biolog og Datalog ved Frankfurt am Main
Universitet. Eckhard Rüter er Elektronik Ingeniør der arbejdede ved Alcatel
SEL, Stuttgart. Han startede senere sit eget firma og udviklede og fremstillede
TauRIS-systemet til elektronisk hjemkomst.
Tekstforfattere
Karen Von Hünerbein, Frankfurt am Main Universitetet. Eckhard Rüter, Rüter
EPV-Systeme (TauRIS).
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 10 AF 11

Fakta om Global Positioning System
GPS er en forkortelse for Global Positioning System, som er et
satellitbaseret redskab til positionsbestemmelse i forbindelse med
navigation, landmåling og geodæsi.
Satellitterne: GPS består af ca. 24
satellitter, hvoraf de 21 er aktive
satellitter, mens de øvrige er aktive
reservesatellitter. De bevæger sig
omkring jorden med en omløbstid på ca.
12 timer i en højde på ca. 20.200 km over
jordens overflade. Det vil sige, at set fra
jorden har satellitterne den samme
placering på himlen efter ca. 24 timer.
Satellitterne er fordelt i 6 baneplaner, med 4 satellitter i hvert plan.
Baneplanerne er forskudt 60º i forhold til hinanden. Det enkelte
baneplan hælder 55º i forhold til ækvator. Fordelingen af
satellitterne er valgt således, at der til ethvert
tidspunkt er mindst 4 satellitter synlige
overalt på jorden, men ofte er der mange
flere synlige ad gangen. Den enkelte
satellit vejer 850 kg, og er udstyret med
to solcellepaneler på hver 7.2 m².
Solenergien benyttes primært til den
daglige drift af satellitten, d.v.s. til at
sende signaler.
WWW.BREVDUESPORT.DK SIDE 11 AF 11