Einleitung

Da immer häufiger in der newsgroup de.rec.outdoor Anfragen zu GPS gestellt werden, soll diese kleine FAQ helfen, etwas Licht ins Dunkel zu bringen. Diese FAQ soll weder jedes auf dem Markt erhältliche GPS-Geräte / GPS-Software beschreiben, noch Detailprobleme lösen ("Wie kann ich in FuQuoFlex-ExploTrip Karten kalibrieren/Routen exportieren usw."). Auch wird ein Studium des Handbuchs des GPS-Empfängers nicht durch das Lesen der folgenden Ausführungen ersetzt. Vielmehr soll der GPS-Einsteiger einen groben Überblick über die Möglichkeiten und Grenzen von GPS erhalten, sowie auf ausgewählte Geräte und Programme hingewiesen werden. Diese FAQ setzt gewisse Grundkenntnisse in der Navigation voraus, Begriffe wie Koordinaten oder Kompaß sollten keine Fremdworte sein.

GPS-Was ist das

GPS ist die Abkürzung für "Global Positioning System", also weltweite Standortbestimmung. Das System wurde vom amerikanischen Verteidigungsministerium für militärische Zwecke zur Positionsbestimmung entwickelt. Ein Teil des Systems steht auch zivilen Zwecken zur Verfügung. Das System besteht aus einem Netz von 24 Satelliten, die die Erde zweimal pro Tag in ca. 20.000 km Höhe umkreisen. Diese Satelliten übertragen rund um die Uhr ihre Bahndaten und die genaue Uhrzeit überallhin auf die Erde. Diese Informationen können von einem GPS-Empfänger kostenfrei empfangen und verarbeitet werden, und somit einem Benutzer seine eigene Position auf der Erdoberfläche anzeigen. Dazu errechnet der Empfänger laufend aus den Daten unter Abgleich mit einem im Gerät integriertem Almanach (Tabelle der Satellitenkennungen und der zugehörigen Bahnparameter) die Entfernung des Benutzers zu den empfangenen Satelliten, und daraus dann den geographischen Standort des Benutzers. Damit dies korrekt funktioniert, sind mindestens die Signale von drei Satelliten erforderlich. Mit Signalen von 4 Satelliten besteht zusätzlich die Möglichkeit die aktuelle Höhe über Null zu ermitteln.

Genauigkeit des Systems

Bis 30.April 2000 wurde die Genauigkeit des Systems mittels einer Technik (Selective Availability, SA) auf circa 50 bis 100 Meter herabsetzt.

Seit 1.Mai 2000 hat das amerikanische Verteidigungsministerium diese Signalverschlechterung abgeschaltet.

Seit 1.Mai beträgt nun die Genauigkeit bei der GPS-Positionsbestimmung im Regelfall ca. 3 bis 5 Meter.

Wer's noch genauer haben möchte, kann dies mit Hilfe einer Technik, die GPS Differential (DGPS) genannt wird, erreichen. Dazu werden Feststationen auf bekannte Koordinaten gesetzt. Diese Stationen übermitteln die Abweichung per Funk oder GSM an die Empfänger.

Geräte

Mit allen Geräten (zumindest den neueren) ist neben der Bestimmung der geographische Breite und Länge auch die Anzeige von Datum und Uhrzeit (auch für Rechnungen zum Sonnenauf- und -untergang am Zielpunkt), Speichern von Waypoints und Routen möglich. Weiterhin gibt es eine sogenannte GOTO - Funktion (Richtung und Entfernung vom derzeitigen Standort zum eingespeicherten Zielpunkt), ebenso wird die Höhe über Null angezeigt. Im Regelfall gibt es auch eine Anzeige der aktuellen Geschwindigkeit, der Durchschnittsgeschwindigkeit sowie eine Berechnung der verbleibenden Zeit bis zur Ankunft am Ziel. Vorsicht ist geboten bei den Schnittstellen: nicht alle Geräte haben eine Schnittstelle zur Übertragung von Daten zwischen GPS und PC. Auch ist darauf zu achten, ob das gewählte Routenprogramm das gewählte Gerät unterstützt. Kleiner Tip (ohne hier Werbung für eine Marke machen zu wollen): auf den Seiten des deutschen Distributors (www.garmin.de) gibt es eine Vergleichsmöglichkeit der Geräte von Garmin. Bei Detailfragen zu Garmin-Geräten hilft die Homepage von Garmin (www.garmin.com) weiter. Dort kann man die aktuellen (englischen) Handbücher als PDF-Datei runterladen und überprüfen, ob das Gerät der Wahl wirklich das kann, was man braucht. Nahezu alle neuen Geräte sind 12-Kanal-Paralellempfänger. D.h. statt seinen Empfänger von Satellit zu Satellit ständig umzuschalten, werden mit dem Parallelempfänger jetzt bis zu 12 Satelliten gleichzeitig verfolgt. Dies bringt drastisch höhere Geschwindigkeit beim Position-Finden, aber auch höhere Präzision beim Tracking und bei der Standortberechnung. Diese Geräte funktioniert auch im dichten Wald, in engen Häuserschluchten oder im Auto ohne Außenantenne (mit Einschränkungen).

Navigation mit GPS

Positionsbestimmung

Die Standortbestimmung ist mit GPS ansich keine Kunst - nach dem Einschalten des Gerätes erhält man innerhalb kürzester Zeit die Koordinaten des momentanen Standpunktes angezeigt. Doch nur ein äußert versierter GPS-Nutzer kann z.B. die Angabe N 49°48'42" E 11°04'36" mit einem schönen Bierkeller im malerischen fränkischen Örtchen Gunzendorf in Verbindung bringen. Um nur zu bekannten Punkten zu navigieren (z.B. den Standort seines Autos nach einer Wanderung wieder zu finden) benötigt man also nicht mehr als nur den GPS-Empfänger. Meistens möchte man aber entweder den Weg zu einem bestimmten Ort finden (den man z.B. aus einem Reiseführer hat) oder man möchte die angezeigten Koordinaten mit einem Punkt auf der Landkarte in Verbindung bringen. Zur Lösung dieser Probleme gibt es nun verschiedene Ansätze.

Geräte mit eingebauten Karten

Mittlerweile gibt es einige (eher hochpreisige) GPS-Geräte mit "eingebauten" Karten, d.h. man sieht die Miniaturausgabe einer (Straßen-)Karte auf dem Display. Bedingt durch die Displaygröße ist der angezeigte Kartenausschnitt relativ klein. Das eingebaute Kartenmaterial ist im Regelfall relativ grob und beschränkt sich auf Straßen. Allerdings können bei den besseren Geräten Detailkarten nachgeladen werden. Diese Geräte liegen alle im oberen Preissegment ab ca. 1.000 DM.

Koordinatenbestimmung aus Karten

Selbst mit den besten unter den oben angesprochenen Geräten kommt man früher oder später in die "Verlegenheit", ein Ziel nicht in der eingebauten Karte zu finden. Dann ist die gute alte Kartenarbeit gefragt.

Kartenmaterial

Basis jeder Kartenarbeit ist vernünftiges Kartenmaterial mit aufgedrucktem Koordinaten-Netz.

Mapdatum

Um mit den ermittelten Koordinaten etwas anfangen zu könne, muß unbedingt das Bezugssystem der Karte bekannt sein (sog. "Mapdatum"). Eine sehr ausführliche Erklärung, was es mit dem Mapdatum aufsich hat, und wie man damit umgeht, findet man auf den Seiten des Explorermagazins (http://home.t-online.de/home/kontext/mapdatum.htm).

Wie geht's denn jetzt?

An dieser Stelle möchte ich es mir einfach machen. Wie schon in der Einleitung angedeutet, setzt diese FAQ Kenntnisse in der Navigation mit Karte und Kompaß voraus, so daß ich hier nur folgendes ausführen möchte: Die (Weg-)Punkte werden unter Zuhilfenahme von Geodreieck/Zirkel/Lineal/Taschenrechner aus der Karte bestimmt. Diese ermittelten Koordinaten werden dann in den GPS-Empfänger eingegeben. Und für alle, die mit der Kartenarbeit doch nicht so vertraut sind, empfehle ich die wirklich sehr guten Erklärungen auf den Seiten der Sahara-Freunde (www.sahara-info.ch/GPS/gpscore.htm).

Hilfreiche Software

Die oben geschilderte Koordinatenbestimmung per Hand und die anschließende Eingabe in den GPS-Empfänger funktioniert sicherlich, aber bei der Eingabe von mehreren Hundert Wegpunkten eine doch recht mühselige Angelegenheit. Eine Alternative hierzu ist die Verwendung spezieller Software zur Routenplanung (Z.B. FUGAWI, Quo-Vadis, GAR-Trip, Ozi-Explorer und viele mehr) mit der recht bequem Waypoints und/oder Routen per Mausklick am PC bestimmt werden und dann auf den Empfänger übertragen werden können. Nur diese Koordinaten in Form von einzelnen Wegpunkten/Routen werden übertragen (und auf dem GPS-Empfänger angezeigt), nicht wie manchmal angenommen die ganze Karte. Die meisten Programme haben außerdem eine sogenannte "Moving Map"-Funktion, mit Hilfe derer man (bei angeschlossenem GPS-Empfänger) seine momentane Position auf der Karte verfolgen kann. (Aber nicht unbedingt als Fahrer während der Fahrt ausprobieren!) Der große Vorteil dieser Routenplanungssoftware gegenüber Geräten mit eingebautem Karten ist, daß jede Karte der Welt eingescannt werden kann (oder evtl. auf CD zu kaufen ist, siehe unten) und bequem am PC die Route geplant und auf's GPS übertragen werden kann. Nach der Tour können dann die vom GPS aufgezeichneten Daten wieder am PC betrachten und für's nächste Mal archiviert werden. Von der obengenannten Spezialsoftware ist unbedingt "normale" Routenplanungssoftware zu unterscheiden. Zwar gibt es auch hier einige Programme mit GPS-Anbindung (z.B.Autoroute-Express 2000, Map'n'Go, Marco Polo Travel-Center usw.), die Möglichkeit die gefundene Route zum GPS-Empfänger zu übertragen ist jedoch im Regelfall nicht vorgesehen (zumindest in der noch dreistelligen Preisklasse). Verschwiegen sei hier nicht, daß es über Umwege und mit kleinen Hilfsprogrammen findiger Programmierer u.U. möglich ist, Routen solcher Programme doch zum GPS zu übertragen. Aber um's nochmals zu betonen: im Regelfall können das die Programme nicht. Der angedeutete Weg ist für Leute, die sich auskennen, und die bereit sind, u.U. viel Zeit zu opfern, bis das gewünschte Ergebnis zustande kommt.

Karten auf CD-ROM

Natürlich benötigt auch die o.g. Spezialsoftware Kartenmaterial zur Koordinatenbestimmung. Zum einen besteht die Möglichkeit, eingescannte Karten zu verwenden. Dabei sollte man aber bezüglich der Genauigkeit der ermittelten Koordinaten keine übertriebenen Erwartungen hegen. Kalibrierungsfehler, Scannfehler und Auflösung summieren sich. Eine - wenn auch im Regelfall geringe - Abweichung des "realen" Wegpunktes von dem in der Karte ermittelten muß hingenommen werden. Als elegantere (und auch preisgünstigere) Lösung bleibt der Kauf von Kartenmaterial auf CD-ROM. Das Angebot wächst hier ständig. Das Angebot reicht von deutschen Straßenkarten im Maßstab 1:200.000 über Karten von Afrika 1:500.000 bis hin zu Weltkarten im Maßstab 1:4.000.000. Bezugsquelle für solche CD-ROMs sind neben den Vertreibern von GPS-Geräten und Software auch Landesvermessungsämtern. Diese geben CD-ROMs der Serie "TOP50" heraus - hervorragendes Kartenmaterial eines Bundeslandes im Maßstab 1:50.000. Außerdem gibt es noch die Möglichkeit, Satellitenbilder als Kartenmaterial zu verwenden. Diese kann man vom gewünschten Gebiet bestellen, es ist auch möglich, aus der CD-ROM "D-SAT" Koordinaten zu entnehmen.

Vorteile der Navigation mit GPS/Anwendungsszenarien

• GPS ist prinzipiell an jeden Ort der Erde verwendbar, das bei den Kompanden auftauchende Problem der unterschiedlichen Doseneinsätze für die Nord- oder Südhalbkugel stellt sich bei GPS also nicht
• Ablenkung und Missweisung (abgesehen von der oben beschriebenen SA) gibt es - im Gegensatz zum Kompaß - bei GPS nicht
• Eine Standortbestimmung ist in allerkürzester Zeit möglich
• Die gerade herrschenden Sichtverhältnisse sind für eine Navigation mit GPS unerheblich. Auch im dichtesten Nebel und nachts bekommt man die Richtung des nächsten Wegpunktes angezeigt. Aber Achtung: nicht blind auf's GPS starren, Brücken über Abgründe schlägt das Gerät nicht!
• Ebenso ist die Witterung für die Nutzung des GPS egal. Schnee, Regen oder Gewitter führen allenfalls zu geringen Meßfehlern
• Mit Hilfe der Track-back Funktion kann man exakt den selben Weg zurück gehen/fahren. Beispielsweise ist bei einer Fahrt durch ein Dünengebiet die bloße Kenntnis der Richtung des Ziels nicht immer ausreichend. Angenehmer ist es sicherlich, einfach den Weg zurück zu nehmen, den man zu seinem Ausflugsziel genommen hat, und nicht erneut einen Weg durchs Gelände suchen zu müssen. Oder - vielleicht die häufigere Anwendung - irgendwann stellt man fest, daß man vom rechten Weg abgekommen ist. Mittels Track-back geht man den Weg solange zurück, bis man zum zuletzt bekannten Punkt kommt, von wo man dann sein Glück auf's neue (ver-)suchen kann
• Die Standortbestimmung ist für die meisten Fälle ausreichend genau. Z.B. können Wohnmobilfahrer die Position eines schönen Übernachtungsplatzes schnell bestimmen und bei einer späteren Tour leicht wiederfinden (ohne in acht verschiedene Feldwege einzufahren, um dann jeweils festzustellen, daß es der falsche war)
• In Ländern wie z.B. China, wo alles ausschließlich in chinesischen Schriftzeichen beschriftet ist und 99,9% der Bevölkerung nur einen (jeweils natürlich unterschiedlichen) chinesischen Dialekt sprechen, ist es angenehm, einen Taxifahrer mittels des Richtungspfeils in der Highwayseite des GPS zurück zum Hotel/Bahnhof oder wohin auch immer leiten zu können
• Mittels entsprechender Software ist eine bequeme Routenplanung schon Zuhause möglich
• Mit entsprechender Software ist in Verbindung mit einem Laptop oder PDA (z.B. Palm von 3Com) straßengenaues Online-Navigieren möglich (sogenannte "Moving-Map"-Funktion)
• Nach einer Tour können die vom GPS aufgezeichneten Werte in entsprechende Programme rückübertragen werden; damit kann man dann feststellen, wo man überall war...

Einschränkungen und Grenzen

• GPS als Kompaß: eine zuverlässige Angabe der Himmelsrichtung ist bei Stillstand nicht zuverlässig möglich, sondern erst ab einer Bewegungsgeschwindigkeit (am sichersten in die gleiche Richtung, mindestens 5 Minuten) von ca 4 km/h. Ursache hierfür: anders als ein Kompaß bestimmt GPS die Himmelsrichtung nicht mittels Magnetismus, sondern immer aus einer Bewegung zwischen zwei Punkten.
• Durch die Positionsungenauigkeit läuft man gelegentlich Gefahr - insbesondere zu Fuß (wegen der vergleichsweise langsamen Bewegung) - an einer Weggabelung erstmal ein Stück in die falsche Richtung zu laufen.
• Mögliche Abschattung (dichter Wald, enge Schluchten, evtl. auch schon größere Fjorde) erschwert die Positionsbestimmung.
• Im Auto ist eine Außenantenne sinnvoll (bei metallbedampften Scheiben oder Alkoven-Wohnmobilen sogar unerläßlich), allerdings funktionieren die Geräte im Regelfall auch ohne Außenantenne. Dann sollte das Gerät möglichst nahe an der Frontscheibe befestigt werden (z.B. in einem Handy-Halter oder in einer Spezialhalterung des Geräteherstellers)
• Weitere Risiken: die Geräte können technisch versagen, Batterien sind leer, Beschädigungen, Verlust, Bedienungsfehler
• Deshalb: nicht nur auf's GPS verlassen. Oder wie Possi auf seinen Seiten schreibt: Dein GPS zeigt Dir genau an, wo Du stirbst! Daher immer Karte und Kompaß mitführen. Abgelegene Strecken nie alleine machen!
• Und überhaupt: der gesunde Menschenverstand sollte immer die Oberhand behalten. Also, nicht mit dem Auto stur in den Fluß fahren, weil's das GPS befiehlt, sondern die Brücke 50 Meter weiter rechts benutzen!

Ausblick

Bis 2004 garantiert das amerikanische Verteidigungsministerium den Betrieb des Systems. Es bleibt zu hoffen, daß auch über diesen Zeitpunkt hinaus das System für die zivilen Nutzer freigegeben bleibt.

Neben dem amerikanischen System gibt es das sowjetische System Glonass, für welches es leider sehr wenige Empfangsgeräte gibt (Ergänzend sei bemerkt, daß es Kombigeräte gibt, die beide Systeme empfangen).

Erwähnenswert ist noch das geplante europäische System Galileo. Das System soll ohne künstlich verfälschte Daten zur Verfügung stehen. Ab 2008 wäre es soweit.

Literatur

Auch hier möchte ich mich bewußt beschränken, und den "armen" Neuling nicht mit der Angabe von einer ganzen Latte mit Büchern erschlagen. Weiterführende Literatur kann bei Bedarf jederzeit bei www.amazon.de durch die Eingabe des Suchwortes "GPS" gefunden werden. Deshalb nur drei Bücher, die ich persönlich für sehr gut halte:

• Orientierung mit Kompaß und GPS
  Autor: Rainer Höh, Reise Know-How Rump, 1999
  ISBN: 3894167556
  Preis: DM 16,80
• GPS Outdoor-Navigation
  Autor: Rainer Höh, Reise Know-How Rump, 2000
  ISBN: 3894167629
  Preis: DM 16,80
• Orientierung mit Karte, Kompaß und GPS
  Autor: Wolfgang Linke, Busse und Seewald, 1998
  ISBN: 3512031846
  Preis: DM 29,80

Links

Es gibt im Internet eine ganze Reihe von Seiten, die sich mit dem Thema GPS beschäftigen. Ich beschränke mich daher auf eine geringe Anzahl ausgewählter Seiten. Alle unten genannten Seiten haben Link-Sammlungen, mit deren Hilfe jedes erhältliche Programm/Gerät gefunden werden müßte.

Disclaimer

Die von mir gemachten Ausführungen wurden nach besten Wissen und Gewissen recherchiert. Eine Haftung kann ich jedoch nicht übernehmen. Auch hier gilt der Grundsatz: Die Verwendung des eigenen Verstandes ist durch nichts zu ersetzen.

Kontakt

Eine FAQ lebt von und mit ihrer Aktualität. Für Anregungen bin ich daher immer dankbar. Aber ich bitte um Verständnis, wenn ich nicht auf alle Mailanfragen antworten kann (und will). Ich bin nur zufriedener Anwender - kein Händler und auch kein Physiker, E-Techniker o.ä. Auch der Fachhandel ist über etwas Beschäftigung froh, ansonsten gibt es ja noch die oben genannten Informationsquellen.

Copyright: Thomas Suess (mailto:thomas@suess-web.de). Vollständiger Nachdruck bei Nennung der Ursprungs-URL (www.suess-web.de) erlaubt.

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