DE:GPS Receiver

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Ein GPS-Empfänger ist ein Gerät zum Empfang von GPS-Satelliten-Signalen, um damit die jeweilige Position relativ genau zu bestimmen.

Geräte

GPS-Geräte gibt es von vielen Herstellern, je nach Einsatzzweck in unterschiedlichsten Ausstattungen und zu Preisen von 50 € bis 300 € ("Consumer"-Bereich, Genauigkeit ca. 15 m) oder auch 4-5stellig ("Survey"-Bereich, Genauigkeit je nach Technik bis 1 cm).

Siehe auch englische Übersicht über 150 GPS-Geräte und Beschreibung.

Unterschieden werden:

Logger - Geräte die zum Aufzeichnen von Tracklogs dienen
GPS mit Datenanzeige - die in einem Display Koordinaten und andere Werte anzeigen
GPS mit Karte - die in einem Display farbige oder graustufige Karten zeigen
und darauf mit einer Grafik dynamisch den eigenen Standort einblenden
Navigationsgerät - mit großem Display, Routing-Software, Schiffsnavigation, etc.
Laptop - mit GPS-Maus und Navigationssoftware als "Kombigerät"
Smartphone/Tablet - mit GPS-Chip und Navigationssoftware
Auto-Navi - für Outdoor eher ungeeignet (Batterielaufzeit)

Wir benutzen GPS-Empfänger in erster Linie, um Tracklogs aufzuzeichnen. Die dadurch entstandenen Dateien können (am einfachsten als *.gpx - File) zu OpenStreetMap (www.openstreemap.org) übertragen werden und helfen so die freie Weltkarte mit zu gestalten.

Wenn du eine Mappingparty oder ähnliches planst, kannst Du dafür GPS-Geräte ausleihen.

Information über das Global Positioning System (GPS) gibt es bei Wikipedia.

Eigenschaften der Komponenten

Je nach Einsatzzweck werden unterschiedliche Anforderungen an die Funktionen, die Eingabe, den Datenspeicher, die Anzeige, die Ausgabe, die Energieversorgung gestellt. Siehe auch englische Übersicht von GPS-Geräten.

Hier eine Beschreibung der wichtigsten Komponenten:

GPS-Chip

Der GPS-Chip berechnet aus den empfangenen Satellitendaten die Geokoordinaten (Breite, Länge, Höhe) und die Uhrzeit. Dafür werden mindestens 4 Satelliten benötigt. Um die Genauigkeit zu erhöhen, werden die Signale von bis zu 12 oder mehr Satelliten gleichzeitig ausgewertet.

Typ Jahr Kanäle Empfindlichkeit (min.) Bemerkung
SiRF Star II ... 12 -134 dBm alt, sollte mit jeder Software funktionieren
SiRF Star III ... 20 -147 dBm aktuell, sollte mit jeder Software funktionieren
SiRF Star III High Sensitivity? ... ... ... ...
MTK High Sensitivity ... ... ... ...
MTK II ... 66 -165 dBm ...
SkyTraq Venus 6 ... ... ... ...
ublox 5 ... 50 -160 dBm kombinierter GPS- und Galileo-Empfang möglich (sobald verfügbar)

Differential-GPS

Alle modernen Chips können zusätzlich Differential-GPS-Signale verarbeiten. Damit lassen sich Genauigkeiten im Zentimeter-Bereich erzielen. Leider unterstützen die meisten fertig aufgebauten Geräte diese Möglichkeit nicht, da die dafür nötige zweite Schnittstelle nicht angeschlossen wird.

Solche SAPOS-Signale können über GSM oder UMTS empfangen oder aus dem Internet heruntergeladen werden. Dazu ist ein entsprechender Vertrag erforderlich. Der Dienst ist kostenpflichtig (ca. 150 €/Jahr, oder 10 €/Monat plus 10 ct/Minute).

In Bayern war der Dienst bis Ende 2008 kostenfrei.

Es gibt einen kostenfreien Dienst des Bundesamts für Kartographie.

Die deutschen Wasser- und Schiffahrtsdirektionen bieten für die Küsten und für die Binnenschifffahrt ein flächendeckendes Netz von DGPS-Stationen an. Die Signale werden über Mittelwelle übertragen und sind frei zugänglich. OSM-Beispiel "Gross Mohrdorf".

Track-Speicher

Fast alle Geräte können automatisch Wege als GPS-Track aufzeichnen. Dabei werden für jeden Punkt die Koordinaten (Breite, Länge), die Höhe und die Uhrzeit erfasst. Bei den meisten Geräten kann man wählen zwischen zeitgesteuerter (1/5/10 Sekunden) oder weggesteuerter Aufzeichnung (alle 10/20/50 Meter). Die Punkte werden auf einem internen Speicher oder auf einer auswechselbaren Speicherkarte abgelegt. Bei einer Aufzeichnungsfrequenz von 1 Punkt/Sekunde (1 Hz) = zu Fuß alle 1,4 m ein Punkt, mit dem Fahrrad alle 5 m, mit dem Auto alle 17 m, reicht der Speicher meist länger als die Batteriekapazität.

Speicherplatz Punkte Zeitraum
08 MB ... ...
16 MB ... ...
32 MB 150.000 41 h
01 GB ... ...

Wegpunkte-Speicher

Einige Geräte können zusätzlich zu den Trackpunkten auch gezielt einzelne Wegpunkte auf Knopfdruck speichern, beispielsweise um ein paar hundert oder tausend besonders interessante Objekte einzeln festzuhalten. Diesen Wegpunkten ist eine Nummer zugeordnet, oder es kann ein Name vergeben werden. Damit können auch Fotos oder Notizen einer geografischen Position zugeordnet werden.

Datensatz

Ausgegeben wird ein NMEA-Datensatz. Dieser kann per Software in andere Datei-Formate umgewandelt werden: GPX (freies Format), KML (Google), OSM (OpenStreetMap), CSV (Tabellenkalkulation), TXT (Textdatei), GML, etc.

NMEA-0183

Jedes Gerät bietet die NMEA-Daten in unterschiedlichem Umfang, und manche Gruppen nur alle 5 Sekunden, andere jede Sekunde. Die Gruppen haben folgende Bedeutung:

GGA - Zeit, Position, DifferentialGPS j/n, Satellitenzahl, Höhe, GeoidDifferenz, DifferentialGPS-Station
GSA - Messqualität (DOP)
GSV - Zahl sichtbarer Satelliten, Azimut und Elevation, Signal-Rausch-Verhältnis
RMC - Zeit, Position, Geschwindigkeit, Richtung, magn. Abweichung
VTG - Richtung wahr, Richtung magnetisch, Geschwindigkeit
GLL - Zeit, Position

Display

Reine Daten-Logger haben kein Display. Die Daten werden zuhause am PC ausgelesen.

Ein kleines Display mit 1 bis 3 Zoll Bildschirmdiagonale (2,5 bis 7,5 cm) ist in kleinen Outdoorgeräten und in Mobiltelefonen eingebaut. Es dient der Anzeige von Geschwindigkeit, Richtung, Koordinate, Auswahlmenü, etc. Welche Daten aus dem NMEA-Format angezeigt werden können findet man in der technischen Beschreibung des Gerätes.

Größere Displays können auch eine Mini-Karte oder wenigstens Richtungspfeile anzeigen. Manche sogar farbig. Die Qualität der Kartendarstellung ist sehr von der Auflösung und von Kontrast und Helligkeit des Bildschirmes abhängig.

In Auto-Navi-Geräten und in PDAs sind Displays bis 4,3 Zoll (11 cm) eingebaut. Diese sind aber meist nicht wasserdicht, verbrauchen mehr Strom und sind oft im Tageslicht schwer oder im Sonnenlicht gar nicht ablesbar.

Diagonale Pixel Stromverbrauch Bemerkung
2 Zoll ... ... ...
3 Zoll ... ... ...
4 Zoll ... ... ...

Sprachausgabe

Akustische Abbiege-Anweisungen sind bei Auto-Navigationsgeräten Standard. Bei Outdoorgeräten hingegen eher selten.

Schnittstellen zum Computer

Die Geräte werden drahtlos über Bluetooth oder seltener über Infrarot (IrDA) mit dem PC verbunden. Oder drahtgebunden über USB oder seltener über eine serielle Schnittstelle. Manche Geräte können über WLAN mit dem PC verbunden werden (und damit oft auch direkt mit dem Internet).

Übertragung Reichweite Bemerkung
Bluetooth 10 m
IrDA <1 m
USB -
WLAN 100 m

Schnittstelle zum Internet

Mobiltelefone mit eingebautem GPS haben über GSM oder UMTS auch einen direkten Zugang zum Internet. Für PDAs, Minicomputer und Laptops ist der Zugang zum Internet über GSM- und UMTS- PC-Karten und einer SIM-Karte und einem Vertrag mit einem Mobiltelefonanbieter möglich.

Standard Übertragungsleistung Kosten Bemerkung
GSM ... ... ...
UMTS ... ... ...

Energieversorgung

Geschickt sind Geräte, die mit handelsüblichen Batterien betrieben werden, diese sind auch im Ausland problemlos zu beschaffen. Beim Akku-Betrieb ist eine regelmäßige Aufladung erforderlich, also ein Netzteil oder ein Ladeadapter und ein Stromanschluss, oder ein Autoadapter. Bei vielen Geräten ist ein Standard-Akku eingebaut, wie er auch in Mobiltelefonen verwendet wird, und kann so leicht ersetzt werden. Manche Geräte haben auch einen Anschluss für eine externe Stromversorgung. Moderne Geräte sind oft per USB ladbar.

Die mögliche Betriebszeit des Gerätes ist abhängig vom Verbrauch, und dieser vom Betriebsmodus. Ein größeres Display benötigt deutlich mehr Energie, eine eingeschaltete Hintergrundbeleuchtung verkürzt die Laufzeit ebenfalls.

Data-Logger und Outdoorgeräte erreichen meist eine Betriebszeit von 10 bis 24 Stunden.

Auto-Navi-Geräte hingegen laufen oft nur 2 bis 3 Stunden mit Batterie, oder gar nicht ohne externe Stromversorgung. Hier gibt es aber Bastellösungen mit einem externen Batteriepack.

PDAs ...

Die geringere Nennspannung von NiMH/NiCd-Akkus (im Vergleich zu Batterien - korrekter: Primärzellen) macht in der Praxis keinen Unterschied, da die Entladekurve flacher ist. Akkus sind unter optimalen (=Labor-)Bedingungen ca. 1000mal wieder (voll) aufladbar. Lithium-Ionen(Li-Ion)- und Lithium-Polymer(LiPo)-Akkus brauchen mehr als 1 Stunde zum aufladen; die volle Ladung wird bei vielen Ladegeräten erst deutlich nach Signalisierung von "fertig geladen" erreicht, da bei diesen Geräten die 2. Ladephase ("topping charge") nicht angezeigt wird. Weitergehende Informationen zu Aufbau, Pflege, etc. von Akkus findet sich bei der "Battery University".

Typ Nennspannung Kapazität Bemerkung
AA (=Mignon) Alkaline-Batterie 1,5 V 2000 mAh geringe Eigenentladung, nicht wiederaufladbar, aber nahezu überall zu bekommen
AAA (=Micro) Alkaline-Batterie 1,5 V 1000 mAh dito, aber evtl. nicht überall zu bekommen
AA NiCd-Akku 1,2 V 800 mAh Veraltete Technologie. Enthalten giftiges Schwermetall, hoher Memory-Effekt. Gemäß Richtlinie 2006/66/EG ist der Verkauf von NiCd-Akkus seit dem 26. September 2008 verboten.
AA NiMH-Akku 1,2 V 2100 mAh geringer Memory-Effekt, preisgünstig. Es gibt inzwischen NiMH-Akkus mit sehr geringer Selbstentladung (Sanyo Eneloop, Varta Ready2Use, Panasonic Infinium)
AAA NiMH-Akku 1,2 V 900 mAh dito, erhältlich auch mit 1000, selten auch 1100 mAh
Li-ion-Akku 3.6 V unterschiedlich hohe Speichereffizienz, kein Memory-Effekt, geringe Eigenentladung
LiPo-Akku 3.7 V unterschiedlich beliebige Form, leichter als Li-ion

Kompass

GPS-Geräte können Richtungen nur anzeigen, wenn sie in Bewegung sind, je schneller und gleichförmiger desto genauer. Genauigkeiten bis 1° sind möglich. Um auch im Stand eine Richtung zu messen wird in einigen Geräten ein elektromagnetischer Kompass eingebaut. Übliche Genauigkeiten liegen bei 10°, bei Billiggeräten auch schon mal bei 45°.

Höhendaten / Barometer

Systembedingt sind die über die Satellitensignale berechneten GPS-Höhendaten sehr ungenau (übliche Fehler 50 bis 100 m) und eignen sich deshalb nicht für die Höhenmessung. Deshalb wird in einigen Geräten ein Sensor für barometrische Höhenmessung eingebaut. Richtig kalibriert (Referenzhöhe, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Temperatur) sind damit kurzzeitig Genauigkeiten von < 10 m erreichbar.

Antenne und Benutzung

Achte darauf, dass die Antenne des Gerätes immer freie Sicht zum Himmel hat.

OSM-Profis nutzen eine externe GPS-Antenne, oder sie montieren das Gerät auf dem Fahrradhelm oder auf dem Schirm einer Mütze.

Das Gerät braucht Zeit, um die besten Satelliten auszusuchen und den ersten genauen Standort zu rechnen. Die Daten der ersten 5 bis 10 Minuten sind meistens unbrauchbar. Schalte also die Datenaufzeichnung erst danach ein, oder wirf die ersten Punkte nach einem Neustart weg.

Welches Gerät kaufen?

Welches Gerät "das Beste" ist, hängt vom Anwendungszweck, von den persönlichen Vorlieben und natürlich vom Geldbeutel ab. Bei eBay werden neue Geräte zum Festpreis angeboten oder versteigert. Die Preise in der Tabelle hier sind incl. Versandkosten.

nur Daten empfangen

Mit diesen reinen GPS-Empfängern ("GPS-Maus") können GPS-Daten über Bluetooth und USB an einen Laptop, ein PDA oder ein Mobiltelefon übertragen werden. Sie können selbst keine Daten aufzeichnen.

Marke Typ Jahr Chip Kanäle Updaterate Energie Anschlüsse Antennenanschluss Preis
Holux M-1000 ... MTK MT3318 32 1/sek 17 h Mini-USB, Bluetooth Klasse 2  ? 58 €
Holux M-1200 2008 MTK MT3318 32 1/sek 14 h Mini-USB, Bluetooth Klasse 2 nein 68 €
Holux GR-236 aka GPSlim236 ... SiRF Star III 20 1/sek 14 h Mini-USB, Bluetooth Klasse 2 MCX 60 €

Daten aufzeichnen

Preiswerte und gute Geräte ("Logger und Bluetooth-Maus") gibt es für unter 50 € bei eBay. Diese Daten-Logger sind gleichzeitig Bluetooth-GPS-Empfänger und können einen Laptop oder andere Geräte drahtlos über Bluetooth oder kabelgebunden über USB mit GPS-Daten versorgen. Sie sind nicht größer als eine Streichholzschachtel und können überallhin mitgeführt werden. Mit einer Akkuladung zeichnen sie während locker 10 Stunden jede Sekunde einen genauen Punkt auf und haben im internen Speicher Platz für über 100.000 Punkte. Zusätzlich können viele Geräte gezielt einzelne Wegpunkte speichern, beispielsweise um ein paar hundert besonders interessante Objekte einzeln festzuhalten.

Typ Jahr Chip Kanäle Trackpunkte Wegpunkte Energie Preis inkl. Versand
i-Blue 747 ... MTK High Sensitivity 51 150.000 ... 25 h 42 € ebay.de
i-Blue 747A+ Testbericht 2009 MTK II 66 125.000 .. 32 h 45 € ebay.de
i-Blue 747 ... SiRF Star III ... ... ... ... ...
Blumax GPS-4043 ... MTK 51 150.000 ... 25 h 62 € ebay.de
Columbus V-900 ... MTK ARM 51 25.000.000 ... 15 h 109 € gps-total haid-services
Qstarz BT-Q1000X 2009 MTK II 66 200.000 ... 42 h 143 € ]

...weitere

als Tacho am Fahrrad

Ein Daten-Logger kombiniert mit Fahrradtacho und Bluetooth/USB-GPS-Empfänger:

Typ Jahr Chip Kanäle Trackpunkte Wegpunkte Energie Preis Bemerkung
MG-950d ... SiRF Star III 20 120.000 n Routen 17 h ca. 45 € wasserdicht (IPX66)

als Armbanduhr

Für Läufer und Fahrradfahrer ist diese Uhr mit einem Herzfrequenzmesser kombiniert und eignet sich zur Trainingskontrolle und -analyse.

Typ Jahr Chip Kanäle Trackpunkte Wegpunkte Energie Preis
G-SAT GH-615M ... SiRF star III ... 60.000 100 ... 156 €

GPS-Daten anzeigen

Outdoorgerät
Typ Jahr Chip Kanäle Trackpunkte Wegpunkte Energie Preis inkl. Versand
Holux M-241 ... MTK 32 130.000 ... 12 h; 1xAA 83 € ebay.de
Holux M-241 ... MTK 51 130.000 ... 12 h; 1xAA 53 € aus Großbritannien ebay.de
Navilock NL-456DL ... u-blox Antaris 4 16 94.000 ... 15 h 76 € act-handy
Wintec WPL-1000 ... Atmel / u-blox Antaris 4 16 94.000 ... 15 h; 2xAAA 82 € magicmaps
Mobiltelefon
PDA

Karte anzeigen

Outdoorgerät

Garmin GPS Map 60CSx, mit Sensoren (barometr. Höhenmesser und Kompass), wasserdicht, robust, rel. kleines Display (160x240 px), gut in der Sonne ablesbar, UVP Garmin 349 EUR, Sofortkauf ebay USA 290 USD plus Zoll und Versand). Mit micro-SD-Karte 2GB (zusätzl. ca. 10 EUR) quasi unendliche Menge tracks. Mit 2 AA-Batterien ca. 14-18 Std. Betrieb.

Mobiltelefon
PDA
Laptop

Routenführung

Outdoorgerät

Handgerät zum GPS Punkte aufzeichnen, Wegpunkte markieren, Karte anzeigen und routen auf der Karte (mit geeignetem Kartenmaterial).

Typ Jahr Chip Kanäle Trackpunkte Wegpunkte Energie Preis
Garmin eTrex Legend HCx 2007 ... ... 10.000 intern und/oder Speicherkarte SDHC
(8 GB getestet)
1000 2 x Mignon - 25 h 165 €

Das eTrex Legend HCx kann z.B. von Amazon DE zu dem Preis versandkostenfrei erworben werden. Bisher hat sich das eTrex Legend HCx als robustes Gerät erwiesen, welches zuverlässlich die Position bestimmt und die GPS Traces wegschreibt. Dank der Garmin OSM Karten von Superteddy hat man mit einer Speicherkarte dann auch ggf. ganz Europa anbei und findet sich gut zurecht. Das Gerät dreht die Karte auf dem Display entsprechend der Bewegungsrichtung. Innerhalb von Gebäuden, Tunneln und engen Bergschluchten habe ich teilweise keinen Empfang, im normalem Gelände/Zug/Auto/Bus jedoch bisher keine Probleme.

Kritikpunkte: leider nur USB1 mit max. 500 kb/sec Datenrate, bei 1 GB Kartendaten etwas langwierig, Wegpunkte umständlich zu benennen, Wegpunkte nur mit Garmin Software auslesbar (GPS Traces liegen jedoch als Datei im USB Massenspeicher vor), USB lädt nicht die Akkus auf (versorgt aber das Gerät mit Strom). Daten über Genauigkeit (DOP) werden nicht mitgeloggt => keine Ausfilterung von ungenauen Daten möglich.

Mobiltelefon
PDA
Laptop

Geräte für Navigation auf See

In der Seefahrt werden spezielle GPS-Geräte für die Navigation auf See angeboten. Die meisten Charterschiffe sind mit einem Einbaugerät ausgerüstet. Handgeräte dienen oft als Zweitgerät. Diese Navigationsgeräte können über eine NMEA-Schnittstelle mit Sensoren und anderen Anzeigegeräten verbunden werden.

Kartenplotter

Kartenplotter sind integrierte Navigationssysteme zur Anzeige von Seekarte, Radarbild, Navigations- und Betriebsdaten. Bildschirme haben eine Diagonale ab 8 Zoll bis über 20 Zoll, einige sind wasserdicht und an Deck verwendbar.

Als Kartenmaterial kommen präzise aber teure elektronische Seekarten zum Einsatz. Ein weltweiter Kartensatz kostet derzeit beispielsweise eine Miete von 7600 €/Jahr. Auch hier kann OSM zumindest für die Törnplanung eine wertvolle Alternative darstellen.

Alternativ kann auch ein Laptop mit entsprechenden Karten, Navigationssoftware, Sensoren (GPS, Kompass, Tiefenmessung, Radar, AIS, etc.), und Schnittstelle (USB oder seriell mit NMEA-Adapter) eingesetzt werden.

Der ideale "OSM-GPS-Empfänger"?

Hier plant ein Entwickler den für die Arbeit mit OSM idealen GPS-Empfänger und fragt nach unseren Wünschen (englisch).

Siehe auch