Zo test je de werkelijke snelheid van je boot met gps

Inleiding

Je log zegt 6,2 kn (7,1 mph)6,2 kn (11,5 km/h). De telefoon aan de stuurstand zegt 7,4 kn (8,5 mph)7,4 kn (13,7 km/h). Dezelfde boot, dezelfde seconde, twee getallen die meer dan een knoop uit elkaar liggen. Welke van de twee liegt?

Geen van beide. Je log meet hoe snel het water langs de romp stroomt; gps meet hoe snel de romp over de zeebodem beweegt. Het gat ertussen is de stroming waarin je vaart — verstrengeld met alles wat je log verkeerd doet. Die twee uit elkaar halen, daar is een vaarsnelheidstest voor, en hij kost ongeveer tien minuten.

Belangrijkste punten

• Je log meet de snelheid door het water; gps meet de snelheid over de grond. Op een koers recht met of tegen de stroom in is het verschil tussen beide de stroming plus elke fout in de log.
• Eén enkele run zegt niets over je boot (als snelheid over de grond voor navigatie is hij prima). Vaar dezelfde baan in beide richtingen en middel de twee — een constante stroming heft zichzelf precies op.
• Het gemiddelde van de twee runs is je snelheid door het water. Dát, en niet één enkele gps-run, is waar je de log tegen kalibreert; kalibreren tegen één run bakt de stroming in het instrument.
• De gemiddelde snelheid is het eerlijke getal. Een maximum is een piek van één seconde — dat vertelt je iets over een golf, niet over je boot.
• 1 knoop = 1 zeemijl per uur = 1,15078 mph1,852 km/h, en een zeemijl is per definitie precies 1.852 meter (6.076 voet)1.852 meter.

Waarom de instrumenten van je boot afdrijven

Snelheidsinstrumenten aan boord zijn geen slechte techniek. Het is oude techniek, en elk van die instrumenten meet iets dat in de plaats komt van snelheid, in plaats van de snelheid zelf.

Het schoepenrad telt omwentelingen, geen voortgang. De meest voorkomende log op fabrieksboten is een klein schoepenrad in een huiddoorvoer. Het water laat het draaien, een magneet activeert een opnemer, en het display zet de pulsen om in knopen met een constante die in de fabriek is vastgelegd — een constante die ervan uitgaat dat het wiel schoon is, het lager soepel loopt en de stroming onverstoord is. Alle drie gaan achteruit. Een seizoen aanslag en zeepokken geeft extra weerstand, het wiel draait langzamer dan het water eromheen, en het instrument leest te laag. Dat is precies dezelfde faalwijze als een auto die wielomwentelingen telt en een bandendiameter aanneemt, en dat is nu juist waarom gps-snelheid betrouwbaarder is dan de meter van het voertuig zelf.

Pitotbuizen meten druk, geen snelheid. Snelle planerende boten gebruiken vaak een naar voren gerichte opening die de druk meet van het water dat erin wordt geperst. De druk stijgt met het kwadraat van de snelheid, dus de meter reageert goed bovenin het bereik en is onderin vrijwel nutteloos: onder ongeveer 8–10 kn (9–12 mph)8–10 kn (15–19 km/h) lezen er veel te laag, springen ze heen en weer of geven ze helemaal niets aan. Ze raken ook makkelijk verstopt — een wespennest in de winter, een sliertje wier — en een gedeeltelijke verstopping laat de gemeten druk weglopen, waardoor de meter stilletjes te laag leest zonder dat er zichtbaar iets kapot is.

Waar de transducer zit, doet ertoe. Een snelheidstransducer bemonstert de waterlaag die je romp al heeft verstoord, niet de open zee. Erger nog: de fout verandert mee met de trim. Een boot in rust ligt vlak, dezelfde boot in plané ligt met de neus omhoog en heeft een ander deel van de romp in het water. Daarom kan een log bij deplacementssnelheid redelijk nauwkeurig zijn en er bij kruissnelheid flink naast zitten, en daarom lost een kalibratie op één punt zelden een boot over het hele bereik op.

Vanaf de stuurstand is hier niets aan te doen. Wat je wél kunt doen, is een tweede, onafhankelijke snelheidsbron hebben om tegen te controleren, en dat is precies wat een telefoon met een gps-snelheidsmeter voor boten je geeft: geen huiddoorvoer, geen bewegend onderdeel, niets dat begroeid kan raken.

Snelheid door het water versus snelheid over de grond

Er zijn twee legitieme antwoorden op “hoe hard gaat deze boot”, en het zijn verschillende grootheden.

Snelheid door het water (STW) is je snelheid ten opzichte van het water waarin je drijft — wat een schoepenrad of pitotbuis meet, en het getal dat telt voor zeiltrim en rompprestaties. Snelheid over de grond (SOG) is je snelheid ten opzichte van de zeebodem — wat gps meet, en het getal dat telt voor je reisplanning, je aankomsttijd en de vraag of je die kaap nog rondt voordat het tij keert.

Het verschil tussen die twee is de stroming. Dat is geen vuistregel, het is vectorrekenen: je beweging over de grond is je beweging door het water plus de beweging van het water zelf.

Terug naar het paar getallen uit de inleiding. De log leest 6,2 kn (7,1 mph)6,2 kn (11,5 km/h) en gps leest 7,4 kn (8,5 mph)7,4 kn (13,7 km/h). Op een rechte koers met de stroming recht achter je is dat gat van 1,2 kn (1,4 mph)1,2 kn (2,2 km/h) het tij dat je vooruitduwt — plus alles wat je log verkeerd doet. Eén meting kan die twee niet uit elkaar halen. Draai om en vaar de tegengestelde koers, en datzelfde tij trekt er nu vanaf: de log leest nog steeds ongeveer 6,2, maar gps zakt naar zo’n 5,6 kn (6,4 mph)5,6 kn (10,4 km/h).

Tussen die twee runs is er niets kapotgegaan. De boot is niet langzamer gaan varen — je werd eerst geholpen en daarna tegengewerkt, en alleen het gps-getal merkte dat, omdat alleen dát ergens aan gekoppeld is dat niet beweegt. De twee komen overeen als het water stilstaat én de log eerlijk is: op een windstil meer horen ze gelijk te zijn, op een getijderivier kunnen ze knopen uit elkaar liggen en allebei kloppen.

Wat een gps-snelheidstest werkelijk meet

Een gps-snelheidsmeter neemt niet twee posities en deelt door de tijd. Hij leidt de snelheid af uit de dopplerverschuiving van het draaggolfsignaal van de satelliet: je beweging ten opzichte van elke satelliet rekt of comprimeert de ontvangen frequentie met een piepklein, meetbaar beetje, en met vier of meer satellieten in zicht lost de ontvanger die verschuivingen op tot een driedimensionale snelheidsvector. De snelheid over de grond is de horizontale component daarvan.

Daar volgen twee dingen uit. Het is snel, want een frequentiemeting heeft geen lange meetbasis nodig — de waarde stabiliseert binnen een seconde of twee na een snelheidsverandering in plaats van erachteraan te lopen. En het is nauwkeurig bij snelheid: positienauwkeurigheid en snelheidsnauwkeurigheid zijn aparte specificaties, dus je positie kan een paar meter zwerven terwijl de snelheidsoplossing met vrij zicht op de lucht goed blijft tot op een paar tienden van een knoop. De techniek erachter staat netjes uitgelegd in hoe gps-snelheidsmeters werken.

Wat gps je niet kan vertellen, is je snelheid door het water. Hij heeft geen manier om te weten dat de hele oceaan met twee knopen meedrijft — vanuit het oogpunt van een satelliet is water decor. Dat is geen beperking om omheen te werken; het is precies de eigenschap die gps tot de referentie maakt waar je al het andere tegen afmeet.

De dubbele run: een vaarsnelheidstest die wél werkt

Neem je één gps-meting op één koers en noem je dat de snelheid van je boot, dan heb je je boot plus wat het water toevallig deed gemeten. Aan een getijdenkust kan dat een leugen van twee knopen zijn, in beide richtingen.

De oplossing is de dubbele run, geleend van de proefvaarten over de gemeten mijl die scheepsbouwers al een eeuw gebruiken. Je vaart dezelfde baan in beide richtingen en middelt de twee uitkomsten. Een constante stroming telt bij de ene run op en trekt er bij de andere evenveel vanaf, dus het gemiddelde is je snelheid met de stroming eruit gerekend.

Zo voer je hem uit

1. Kies bruikbaar water. Je wilt een recht, vrij stuk, diep genoeg dat je niet tegen ondiepwaterweerstand vecht, buiten de vaargeul, en zonder verkeer waardoor je halverwege van koers moet. Diepte doet er meer toe dan mensen verwachten, en niet in één richting: ondiep water remt een deplacementsromp af, terwijl een planerende romp boven een ondiepe bodem juist harder kan lopen. Hoe dan ook wordt diepte een variabele die je niet wilde meten, en het planerende geval is het gevaarlijke, want dat vleit je uitkomst.
2. Kies een lengte. Minstens 0,5 zeemijl (0,58 landmijl)0,5 zeemijl (0,93 km) per run, en 1 zeemijl (1,15 landmijl)1 zeemijl (1,85 km) als je de ruimte hebt. Langere runs middelen de verschillen van golf tot golf uit. Kortere runs worden bepaald door het moment dat je toevallig bemonsterde.
3. Laat de boot eerst tot rust komen. Ga naar de gasstand die je wilt testen, houd die vast en geef de boot de tijd om een stabiele ligging en snelheid te bereiken voordat de run begint. Op een planerende romp kan dat vijftien of twintig seconden duren. Trim, trimvlakken en belading moeten precies staan zoals je ze wilt laten staan.
4. Vaar de eerste run op een vaste koers, houd het gas constant en stuur zo recht als de omstandigheden toelaten. Ga niet met het gas achter het snelheidsgetal aanjagen. Noteer de gemiddelde gps-snelheid over de run.
5. Draai om en vaar de tegengestelde koers, hetzelfde gas, dezelfde trim, hetzelfde water, tegengestelde richting. Draai ruim genoeg om weer op een stabiele snelheid te zijn voordat de tweede run begint.
6. Doe het nog een keer als de getallen raar ogen. Twee paar runs kosten vijf minuten extra en vertellen je meteen of het eerste paar vervuild was.

Het rekenwerk

Neem de twee gemiddelden, tel ze bij elkaar op en deel door twee. Meer is het niet.

Stel dat de run met de stroming mee gemiddeld 7,4 kn (8,5 mph)7,4 kn (13,7 km/h) deed en de run ertegenin gemiddeld 5,6 kn (6,4 mph)5,6 kn (10,4 km/h):

werkelijke snelheid = (7,4 + 5,6) / 2 = 6,5 kn
stroming            = (7,4 − 5,6) / 2 = 0,9 kn

Je boot doet bij die gasstand 6,5 kn (7,5 mph)6,5 kn (12,0 km/h) door het water, en je zat in een stroming van 0,9 kn (1,0 mph)0,9 kn (1,7 km/h). Beide getallen kwamen uit dezelfde twee runs.

Het rekenkundig gemiddelde heft een constante stroming langs de baan precies op. Dat is de aanname waar de hele methode op rust, en die kan op drie manieren misgaan.

Een kerend tij. Verandert de stroming tijdens het varen, dan is het gemiddelde scheef met precies zoveel als ze tussen de runs is opgeschoven — en daarom volgen de runs elkaar direct op en zitten er geen uur en een lunch tussen. Twee paar runs varen en vergelijken laat dit zien, maar corrigeert het niet. Wil je de correctie wel, dan is het antwoord van de gemeten mijl vier runs, gewogen 1:3:3:1 en gedeeld door acht, wat een gestaag veranderende stroming precies opheft:

werkelijke snelheid = (run1 + 3 × run2 + 3 × run3 + run4) / 8

Een stroming dwars op je koers. De methode gaat ervan uit dat het water langs je baan beweegt, niet erdwars overheen. Een zuivere dwarsstroom is het naarste geval: hij remt je op beide runs evenveel af, dus de twee waarden komen overeen, het rekenwerk meldt nul stroming, en het gemiddelde valt iets te hoog uit. Het ziet eruit als een net resultaat en dat is het niet. Kies een baan die op één lijn ligt met de getijstroom, wat aan de meeste kusten betekent: langs de vaargeul in plaats van erdwars overheen.

Een boot die niet twee keer hetzelfde doet. Wind en zeegang veranderen je snelheid door het water, dus als de wind tussen de runs aantrekt, meten de twee runs niet dezelfde boot.

Wind is een apart geval, en daar wil je duidelijk over zijn. Wind duwt tegen je tuigage en bovenbouw en verandert je snelheid door het water, dus tegenwind maakt de boot echt langzamer en het gemiddelde van de twee runs valt lager uit dan op een windstille dag. Wat wind níét doet, is de gps-meting scheeftrekken. De ontvanger meldt hoe hard de romp over de zeebodem beweegt, door welke combinatie van stuwkracht, stroming en windvang dat ook komt.

Wat je moet vastleggen

De meeste snelheidsapps bieden je een maximum, een gemiddelde en een afstand. Die zijn niet even nuttig, en ze door elkaar gebruiken is precies hoe mensen een topsnelheid gaan rondbazuinen die hun boot nooit echt heeft volgehouden.

De maximumsnelheid is de hoogste losse meting van de run — het getal dat iedereen wil en dat het minst betekent. Het is een gebeurtenis van één seconde: de boot die van een golf afglijdt, of een momentje meegaande stroom. Prima om over op te scheppen, nutteloos om mee te vergelijken.

De gemiddelde snelheid is het eerlijke getal — wat de boot werkelijk over de hele run volhield, en de enige van de drie waarmee je zinvol kunt vergelijken tussen runs, gasstanden of seizoenen. Het is ook waar de dubbele run op gebouwd is: je middelt het gemiddelde van elke run, nooit de pieken.

De afstand is je controlegetal. Zegt de app dat je 0,94 zeemijl (1,08 landmijl)0,94 zeemijl (1,74 km) hebt afgelegd op een run die 1 zeemijl (1,15 landmijl)1 zeemijl (1,85 km) had moeten zijn, dan is de run te kort afgebroken en beschrijft het gemiddelde een korter stuk water dan je van plan was.

Schrijf de omstandigheden naast de getallen op: gasstand of motortoerental, trim en stand van de trimvlakken, brandstof en water aan boord, aantal opvarenden, zeegang en windrichting ten opzichte van de koers. Een boot die leeg en op vlak water 6,5 kn (7,5 mph)6,5 kn (12,0 km/h) haalde, doet dat niet nog eens met volle tanks en vier gasten, en als je dat verschil niet hebt genoteerd, zit je de hele winter te piekeren over wat er met de motor mis is.

Daarom hoort de app die je gebruikt een tocht op te nemen in plaats van alleen een naald te tonen: door de run vast te leggen krijg je een gemiddelde over een afgebakend stuk in plaats van een getal waar je onder het sturen even naar tuurde. Een gps-snelheidsmeter op knopen bewaart per tocht het maximum, het gemiddelde en de afstand — precies de drie kolommen die deze methode wil.

Waarom vaarsnelheid in knopen wordt gemeten

Een knoop is één zeemijl per uur, en een zeemijl is per definitie precies 1.852 meter (6.076 voet)1.852 meter — een getal dat is gekozen omdat het heel dicht bij één breedteminuut ligt. Dat geeft de zeemijl een eigenschap die geen landmijl of kilometer heeft: de breedteschaal langs de zijkant van een zeekaart is meteen een afstandsschaal, dus een boot die 10 knopen loopt, legt in een uur tien breedteminuten af. Zet je passer af tegen het deel van die schaal dwars van je positie, niet tegen de boven- of onderrand van het blad — op een mercatorkaart rekt de schaal op naarmate je noordelijker of zuidelijker komt.

De omrekeningen, voor als je met iemand aan wal moet praten:

Je log kalibreren met het gps-resultaat

De dubbele run geeft je de correctiefactor er gratis bij. Je hebt de werkelijke snelheid door het water al; het enige wat je nog nodig hebt, is wat de log aangaf terwijl je die voer.

Uit het uitgewerkte voorbeeld: het gemiddelde van de twee runs was 6,5 kn (7,5 mph)6,5 kn (12,0 km/h), en de log las op beide runs 6,2 kn (7,1 mph)6,2 kn (11,5 km/h). Het instrument leest te laag:

correctie = 6,5 / 6,2 = 1,048  →  voer +4,8% in (de log leest te laag)

De meeste moderne instrumentdisplays hebben een instelling om de vaarsnelheid te kalibreren, ofwel als één percentage ofwel als een tabel met meerdere punten waarin je bij verschillende snelheden een correctie invoert. Voer de factor in en vaar de test daarna opnieuw om te bevestigen dat hij is aangeslagen. Drie dingen die je van tevoren moet weten:

Maak eerst de transducer schoon. Het heeft geen zin aangroei weg te kalibreren. Haal het schoepenrad eruit, verwijder de begroeiing, controleer of het vrij ronddraait, en meet dán — anders bak je de zeepokken van dit seizoen in de instellingen van het instrument en moet je het overdoen zodra ze eraf vallen.

Kalibreer op meer dan één snelheid als je systeem dat toelaat. Schoepenraden zijn niet lineair. Een wiel dat bij deplacementssnelheid 5% te laag leest, kan bij kruissnelheid kloppen, of nog verder mis zitten, dus een correctie op één punt repareert één snelheid en verschuift de fout naar elders. Biedt je display maar één getal, kalibreer dan op de snelheid waar je je tijd werkelijk doorbrengt.

Doe het één keer per seizoen. Aangroei komt terug en lagers slijten; de correctie die in mei klopte, klopt in september niet meer.

Zit de log er na het schoonmaken meer dan zo’n 15% naast, of verandert de fout wild met de snelheid, dan plakt kalibreren over een hardwareprobleem heen — een beschadigd schoepenrad, een haperende opnemer of een transducer in slechte stroming. Dat is werk voor als de boot uit het water gaat, geen menu-instelling.

Veelgestelde vragen

Hoe controleer ik mijn vaarsnelheid in knopen, nu meteen?

Elke gps-snelheidsmeter die op knopen staat, laat het zien. Gps geeft je rechtstreeks de snelheid over de grond, zonder huiddoorvoer, zonder kalibratie en zonder iets dat begroeid kan raken, dus een telefoon aan de stuurstand heeft niets meer nodig dan vrij zicht op de lucht en een paar seconden voor zijn eerste fix. Houd er wel rekening mee dat dit je snelheid ten opzichte van de zeebodem is, dus in een stroming zal hij afwijken van de log van je boot zelf — dat verschil is de stroming, geen defect in een van beide.

Waarom spreekt mijn log de gps van mijn telefoon tegen?

Omdat ze verschillende dingen meten. De log meet de snelheid door het water; gps meet de snelheid over de grond. Elke stroming drijft ze uit elkaar. Op een koers recht tegen of met de stroom in is het gat de stroming plus elke fout in de log — en daarom kan één meting je geen van beide getallen apart geven. Wijken de twee ook in werkelijk stilstaand water af — een meer op een windstille dag — dan heb je een echte instrumentfout, meestal aangroei op het schoepenrad, en de dubbele run vertelt je hoe groot die is.

Hoe nauwkeurig is een gps-vaarsnelheidstest?

Bij snelheid en met vrij zicht op de lucht is een gps-snelheidsoplossing doorgaans goed tot op een paar tienden van een knoop, omdat de snelheid uit de dopplerverschuiving van het satellietsignaal komt en niet uit het verschil tussen posities. Dat is veel scherper dan een schoepenrad of een pitotbuis. Snelheid is de grootte van een ruizige snelheidsvector, dus in rust kan die ruis niet naar nul wegvallen — hij wordt gelijkgericht tot een klein positief getal. Een gps-waarde van “0,3 knopen” terwijl je aan de steiger ligt, is dat verschijnsel, geen beweging.

Hoe lang moet een baan voor een vaarsnelheidstest zijn, en hoeveel runs?

Minstens 0,5 zeemijl (0,58 landmijl)0,5 zeemijl (0,93 km) per run, het liefst 1 zeemijl (1,15 landmijl)1 zeemijl (1,85 km), en altijd twee runs op tegengestelde koersen die elkaar direct opvolgen. Eén run in elke richting is het minimum waarbij de stroming kan wegvallen; twee paar is beter, want als de paren met elkaar overeenkomen, weet je dat het water tijdens je test rustig was.

Beïnvloeden wind en stroming de gps-snelheidsmeting?

Ze beïnvloeden je boot, niet de meting. Een stroming verplaatst je romp fysiek over de grond, dus gps laat je terecht sneller of langzamer gaan — dat is de meting die wérkt, niet die faalt. Wind verandert je snelheid door het water door tegen tuigage en bovenbouw te duwen, en ook dat meldt gps correct. Geen van beide brengt een fout in het gps-getal zelf; het middelen van twee tegengestelde runs haalt het aandeel van de stroming eruit en laat de prestatie van je boot zelf over.

Bronnen en verder lezen

• BIPM — SI-brochure, tabel 8 (niet-SI-eenheden) — de internationale zeemijl als precies 1.852 meter.
• GPS Standard Positioning Service performance (gps.gov) — de officiële nauwkeurigheidsspecificatie van gps voor civiel gebruik, inclusief de snelheidscijfers achter de dopplerclaims hierboven.
• NOAA — Nautical chart use and the latitude scale — waarom je afstand afzet tegen de breedteschaal dwars van je positie.

Conclusie

De log en de telefoon waren nooit concurrenten. De een vertelt je hoe de romp door het water beweegt, en daar stuur en trim je op. De ander vertelt je hoe je over de kaart beweegt, en dat brengt je thuis voordat het tij keert. Een boot die beide getallen kent, kent de stroming er gratis bij.

Een vaarsnelheidstest kost één recht stuk diep water: kom tot rust op de gasstand die je interesseert, vaar een halve zeemijl, draai om, vaar terug, en middel de twee. Noteer het gemiddelde, niet het maximum, en zet de omstandigheden ernaast. Doe dat één keer per seizoen en je ziet een begroeid schoepenrad al vanaf de stuurstand aankomen, in plaats van het pas op de wal te ontdekken.

Wil je de opzet voor op het water — knopen als standaardeenheid, maximum, gemiddelde en afstand per tocht vastgelegd, en een weergave die je aan de stuurstand kunt aflezen — dan laat de pagina over de gps-snelheidsmeter voor boten zien hoe dat werkt.

Download Snelheidsmeter Snelheid HUD en vaar dit weekend je eerste dubbele run. De basissnelheidsmeting werkt offline en toont knopen, mph en km/h; optionele PRO-functies zijn beschikbaar.