Global Positioning System/ Navigation

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Dieser Beitrag beschäftigt sich mit dem globalen Navigationssatellitensystem Global Positioning System (GPS) und seiner Bedeutung speziell für den Bereich Offroad.
Mit "GPS" ist meistens umgangssprachlich Satellitennavigation gemeint. Der Begriff GPS steht jedoch für ein konkretes System mit der Bezeichnung NAVSTAR.


Dieser Artikel soll nicht die gesamte technische Funktionsweise des GPS-Systems erklären; dies wurde an anderen Stellen bereits besser umgesetzt.


Geschichte

Das Global Positioning System wurde vom US-Verteidigungsministerium entwickelt und in Betrieb genommen. Am 02. Mai 2000 wurde in dem System eine künstliche Verschlechterung des Signals SA - Selective Availability abgeschaltet und so wurde GPS für Jedermann nutzbar.

Funktion

Die Positionsbestimmung über Satelliten basiert auf der Übermittlung von der exakten Uhrzeit und der aktuellen Position der Satelliten selbst. Mittels Triangulation, (siehe Globales Navigationssatellitensystem), wird aus diesen Signalen dann die aktuelle Position bestimmt. Mit einem für das jeweilige System geeigneten Empfänger (GPSR) können diese Signale ausgewertet und die eigene Postion berechnet werden.

Anwendung (speziell Offroad)

Grundsätzlich wird auf Grund der oben beschriebenen Funktionsweise nur eine aktuelle Ortsbestimmung durchgeführt. Die tatsächliche Navigation ergibt sich aus der Funktion der verwendeten Empfänger. Hier kann man zwischen Punkt-zu-Punkt-Navigation (über sog. Wegpunkte oder Waypoints) und dem selbständigen Routing unterscheiden. Bei Navigation über Wegpunkte wird im einfachsten Fall ein Ziel definiert und dann über den Empfänger der direkte Weg in einer geraden Linie angezeigt. Hierbei ist zu beachten, dass man sich den tatsächlichen Weg (die "Route") zu dem Zielpunkt selbst suchen muss. In der zweiten Variante wird ebenfalls der Zielpunkt definiert und dann mit dem entsprechenden GPSR und einer routenfähigen Software eine Route automatisch berechnet. Um Einfluss auf die Route zu nehmen, kann man bei vielen Geräten Schwerpunkte setzen (z. B. vorwiegend Autobahn, kürzeste Strecke, schnellste Fahrzeit).

Die Offroad-Navigation beinhaltet spezielle Vorgehensweisen, da -wie der Name schon sagt- die Navigation "abseits der Straße" statt findet. Der überwiegende Teil der routingfähigen Karten und Software kann genau mit diesem Umstand jedoch nicht wirklich gute Ergebnisse liefern, da die benutzen Wege im besten Fall noch auf dem Kartenmaterial abgebildet, aber nicht aktiv in das Routing mit einbezogen werden.

Der Offroader muss also zusätzliche Vorbereitungen treffen, um zuverlässig von einem Punkt zum nächsten zu navigieren.


Was wird benötigt?


  1. Geräte (beispielhafte Aufzählung)
    Fahrzeug-GPS, Zusätzlicher GPS-Receiver (sog. Handhelds), Smartphone, Notebook/Netbook mit GPS-Maus

    Nach Erfahrungen des Autors sind zusätzliche GPS-Receiver am besten für die Offroad-Navigation geeignet. Zum Beispiel Empfänger der Hersteller Garmin, Magellan oder Trimble, um nur einige Hersteller zu nennen. Eine konkrete Geräteempfehlung soll hier bewusst nicht gegeben werden, da die Auswahl sehr stark vom Einsatzzweck und den persönlichen Vorlieben des Anwenders abhängig ist. Für jedes Gerät gilt jedoch, dass man sich intensiv mit den Möglichkeiten und der späteren Systempflege beschäftigen muss. Für die Geräte der Markenhersteller werden regelmässig Firmware-Updates, aktualisiertes Kartenmaterial (für das Gerät und ggf. vorhandene Software), sowie Tools zur Modifizierung und Steuerung bereitgestellt.

    Die fahrzeugspezifischen Empfänger (Festeinbau) sind im Regelfall auf ein Kartensystem festgelegt und unterstützen meistens nur ein Koordinatensystem. Der Kartentausch ist zwar grundsätzlich möglich, jedoch aus lizenzrechtlichen Gründen und technischen Beschränkungen, z. B. die Verwendung von zusätzlichen Speichermedien nur eingeschränkt durchführbar. Teilweise wird der Zugriff auf das System auch vollständig durch den Hersteller unterbunden und ein Austausch der Karten oder Upgrade der Firmware ist nur durch eine Fachwerkstatt möglich.

    Smartphones sind zwar grundsätzlich von der Funktion her geeignet, jedoch sind die Navigationsmöglichkeiten im Regelfall rudimentär und durch die verwendete Software im flexiblen Gebrauch eingeschränkt. Weitere Nachteile sind mangelnde Robustheit durch nicht ausreichenden Gehäuseschutz und die im Vergleich zu einem speziellen GPSR mangelnde Funktionssicherheit. 

    Ebenfalls sollte im Offroad-Bereich immer der Notfallgedanke eine wichtige Rolle spielen. Ein GPSR sollte mit handelsüblichen Batterien (z. B. AA oder AAA Zellen) bestückt werden können. Dies ist bei Smartphones durch die Verwendung von Akkus regelmäßig nicht möglich. In diesen Fällen muss dann eine externe Stromquelle zur Verfügung stehen. Muss das Fahrzeug im Gelände aufgegeben werden, fällt früher oder später auch die Navigation aus, während man einen Handheld mit einem kleinen Vorrat an Batterien tagelang weiter nutzen kann.

    Notebooks oder Netbooks können relativ leicht für die Nutzung des GPS-Signals aus- bzw. umgerüstet werden. Z. B. durch eine "GPS-Maus" der Firmen Navilock oder Holux. In Verbindung mit der geeigneten Software kann man im Fahrzeug damit eine sehr gute Kartendarstellung erzielen und hat die Vorteile von Touchpad und Tastatur. Auch die Planung einer manuellen Route ist damit komfortabel möglich. Die Einschränkungen hinsichtlich Stromversorgung und Ausfallsicherheit gelten allerdings auch für diese Kombination. Zur Navigationsunterstützung sind Notebooks jedoch meiner Meinung nach sehr empfehlenswert.

     
  2. Kartenmaterial (beispielhafte Aufzählung)
    Geräte-Karten, kommerzielle Karten, freies Kartenmaterial, topografische Karten, Straßennetzkarten, selbst erstellte Karten z. B. mittels Scanner

    Es gibt unterschiedliche Arten von Kartenmaterial und schon beim Kauf eines Gerätes kann man diesbezüglich häufig eine Entscheidung treffen. Da das Kartenmaterial der Gerätehersteller in Relation zu dem Gerätepreis relativ teuer ist, lohnt es sich in Einzelfällen sogar auf eine werkseitige Ausstattung mit Karten zu verzichten. Die Geräte werden dann im Regelfall mit einer weltweiten "Basiskarte" ausgeliefert. Das Gerät muss dann durch den Besitzer auf seine eigenen Bedürfnisse angepasst werden.

    Übersicht

    1. Geräte-Karten werden mit dem Gerät erworben und können durch den Anwender sofort genutzt werden. Welche Karte sich auf dem Gerät befindet, muss vor dem Kauf beachtet werden.
    2. Kommerzielle Karten können nachträglich gekauft und auf dem Gerät für unterschiedliche Anwendungszwecke installiert werden. Bei Verwendung von Speicherkarten ist auch ein Wechsel der Karten möglich.
    3. Freies Kartenmaterial wird aus unterschiedlichen Quellen bereitgestellt. Ein sehr gutes Beispiel für freie Karten ist z. B. Open Street Map. Diese Karten bieten eine sehr hohe Detaildichte, werden ständig erweitert und aktualisiert. Für Garmin GPSR gibt es dort Images, die direkt auf die Speicherkarte des GPSR kopiert werden können (zur Zeit meistens in der Aufteilung Deutschland, Europa oder Global). Der hauptsächliche Vorteil ist, dass der Anwender sich nicht das Wissen aneignen muss, wie man die Karten selbst anlegt und die oft stundenlange Berechnung des Kartenmaterials auf dem PC und das spätere Kopieren auf das GPSR entfallen.
      Als Beispiele möchte ich auf die Karten All-in-one Garmin Map und die Karten von Computerteddy hinweisen. Seit Jahren sind die beiden Karten kostenfrei verfügbar und von sehr hoher Qualität (soweit sich das durch Stichproben überprüfen lässt).
      Seit einiger Zeit sind die Karten sogar für das Straßennetz routingfähig.
    4. Topgrafische Karten stellen das Gelände und z. B. auch kleine Feldwege und oft auch Höhenlinien dar. Sie sind für Offroad-Touren meistens am besten geeignet.
    5. Straßennetzkarten stellen das -öffentlich- befahrbare Straßennetz dar und sind routingfähig. Sie können also in Verbindung mit einem entsprechenden Empfänger selbständig ein Weg vom Startpunkt bis zum Zielpunkt generieren.
    6. Für selbst erstellte Karten ist ein umfangreiches Wissen über die Quelle des Materials und das verwendete Gerät erforderlich. Der Zeitaufwand zum Erstellen einer verlässlichen Karte kann mehrere Stunden betragen. Dafür kann sie dann aber auch die individuellen Anforderungen des Besitzers erfüllen. Besonders wichtig ist das "Einmessen" der Karte mit Geo-Referenzpunkten. Diese müssen so exakt wie möglich sein.
    7. Hybridkarten stellen eine Mischung von Straßen- und Gelände- oder Satellitenkarten dar. Sie können einem Offroad gute Anhaltspunkte für den Standort und die zu wählende Fahrtrichtung geben.
    8. Beispiele
  1. Sonstiges
    Konventionelles Kartenmaterial, Kompass, Neigungsmesser (Clinometer)

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Weiterführende Links