Auswertung Positionsgenauigkeit
Inhaltsverzeichnis
Testbedingungen
Die Testbedingungen sind inzwischen ebenfalls so gut wie festgelegt, der generellen 
Beschreibung dazu können nähere Einzelheiten entnommen werden.
Als Vergleichsmaus dient hier hauptsächlich die Leadtek 9537, aber auch meine 2 Jahre alte Emtac als Nicht-Xtrack2-Maus sowie die Haicom 303S werden teilweise in den Vergleich mit einbezogen. Damit stehen bei Verwendung meines Loox 720 und des alten Loox 600 3 gleichzeitig aufzunehmende logs zur Verfügung: 2mal BT und die Hi 303S in einem CF-Slot.
Weiter wurden für die spez. Verwendung bei MILES 4 parallel laufende logs aufgenommen, Leadtek 9553 auf Loox 720/BT, Leadtek 9537 auf Loox 600/Bt, die modulare Navigon auf Loox 410/BT und Yakumo GPS 300. Dies sind logs, die am 22.3.05 in der Ravennaschlucht bei Hinterzarten mit VisualGPSce aufgenommen wurden.
Von nun an gehts bergab…
wäre man versucht, zu sagen, schaut man sich das Eine oder Andere Bild des folgenden Abschnittes an. Und genau deswegen muss zur Relativierung hier ein erklärender Text vorangeschickt werden.
Ausgang für den Test der Leadtek-Mäuse war, wie erwähnt, die für das Projekt MILES zu Verfügung gestellten Mäuse. Das ist der Grund, warum die Leadteks für Wanderbeurteilung in einem touristisch äußerst reizvollen Gebiet der Gemeinde Hinterzarten – als Interessent – getestet wurden: der Ravenna-Schlucht.
Diese Schlucht ist für GPS-Standortbestimmungen so anspruchsvoll, wie sie für Wanderer reizvoll ist: steile, teils überhängende Felswände, Schluchtverengungen bis zu +- 10° Himmels-Sicht, steile 45°-Treppen, wechseln sich fast im 10 m-Abstand ab.
Bachüberquerungen, 45° bis 90° Abknickungen des Weges sorgen ebenfalls auf ganz kurze Strecken zu immer wieder veränderten Sichtbedingungen zu den GPS-Satelliten.
Vom Ausgangspunkt am Gasthaus Sternen, unter der Bahnbrücke, bis zur Spitzkehre der B31 wird bereits ein Höhenunterschied von 100 m überwunden. Es ist also durchaus vom Grund der Schlucht kurz nach dem Eingang bis zum oberen Rand mit einer Höhe von rund 150 m zu rechnen, wobei die Baumhöhen am oberen Rand noch nicht eingerechnet sind.
Ein Visualisierung – einige Bilder des nachfolgenden Abschnittes sind so erzeugt – durch Projektion der NMEA-Logs in eine Karte ergeben ein so erschreckendes Bild, wird doch hier jede Koordinate, die im 1-Sekunden-Rhythmus einläuft, mit einem Strich mit der nächsten verbunden.
Fällt nun die GPS-Verbindung auch nur für eine Sekunde aus, verändert sich die Sichtbarkeit durch einen Wegeknick so, dass die zur Berechnung herangezogenen Satelliten mehr in einer Linie stehen, werden ein oder mehrere folgende Koordinatenpunkte u.U. mehrere 10 m auseinander liegen.
Das ist unter den gegebenen Bedingungen durchaus normal. Auch eine Sirf III ist dagegen nicht gefeit, berechnet sie auch besser, unter schlechteren Sichtbedingungen, aber die Physik komplett zu überspielen kann auch sie nicht. Der Vergleich mit anderen, vorwiegend Xtrack2-Mäusen fällt zwar positiv aus, Abweichungen vom Weg sind aber unter diesen Gegebenheiten einfach nicht zu umgehen.
Die war der Grund, ein weiteres Mal die Schlucht, zumindest im unteren Teil, zu begehen. Diesmal unter der Frage, kommt ein Wanderer, der einen PDA mit einem Rasterkartenprogramm in der Hand hat, damit zurecht. Also habe ich Pathaway gestartet und ging los.
Das Ergebnis kann sich sehen lassen. Berücksichtig man mal, dass gerade in einer Schlucht, wo die GPS-Sichtbedingungen naturgemäß schlecht sind, dass hier aber auch wenige Wegkreuzungen, Abzweigungen vorherrschen, ist ein Wanderer auch dann nicht verloren, wenn die GPS-Verbindung mal über 10 oder 20 m abreißt. Wichtig ist, dass man an Abzweigungen entscheiden kann, bin ich auf dem richtigen Weg. Auf Grund eines doch vermutlich immer mitgeschriebenen Tracks sollte dies – meiner Meinung nach – auch von des Kartenlesens nicht so sehr geübten Wanderern möglich sein, zu entscheiden.
Tracks (Bilder zum Vergrößern anklicken)
Reihenfolge:
Bild 1 – Bild 2 – Bild 3
Bild 4 – Bild 5 – Bild 6
Interpretation der Tracks
Bild 1 zeigt eine Fahrt über normale Straße ohne Sichtprobleme zu den Satelliten. 9537 = magenta, 9553 = rot. Beide Tracks liegen übereinander, lediglich an der Abfahrt von der Schnellstraße und unter dieser hindurch zeigt die 9537 die bekannten Xtrack2-Abweichungen, hier aber völlig unspektakulär.
Bild 2 ist die Situation nach Ausfahrt aus unserem Stadttunnel, Wende und Rückfahrt. Hier sind Tracks der Mäuse Leadtek 9537= blau, Leadtek 9553 = gelb , Haicom 303S = rot und die (2 Jahre alte) Emtac Crux View = magenta zu sehen, bis auf die 303S als CF-Maus, alles BT-Mäuse. Man kann hier 3 Beurteilungsmerkmale erkennen: Reaquisitionstime nach Tunnelausfahrt, Positionsgenauigkeit und Dead Reckonning.
9537: kommt nach etwa 5 sec., 1 sec früher als die 9553, es ist aber die bekannte Mittellung der Position zu sehen, die bei Xtrack2 etwa 5 sec. dauert.
9553: ist wieder da, rund 6 sec. nach Tunnelausfahrt. Liegt genau auf der Straße, keine Abweichung des Standortes nach Reaquisition, nach Abriss (Tunneleinfahrt) Dead Reckonning für 8 Punkte. Im Gegensatz zur Haicom 303S, die für 5 Punkte linear mit der Geschwindigkeit und der Richtung vor Abriss weiternavigiert, behält die 9553 nur die Richtung bei. Zwar wird „länger navigiert“, aber der Punkteabstand, der vor Tunneleinfahrt rund 22 m betrug, beträgt im „Dead Reckonning“ nur noch 8,95 m für alle 9 Punkte. Eine Erklärung könnte sein, dass hier nicht mehr die Geschwindigkeit vor Abriss beibehalten wird. Es ist in der Literatur vermehrt zu lesen, dass die GPS-Empfänger offenbar mit Schnittstellen für Geschwindigkeits- (Tacho-) Signale und Winkelinformationen (Gyro, Lenkausschlag) vorbereitet sind. Durch das fehlende Geschwindigkeitssignal wird die interpolierte Strecke offensichtlich stark reduziert.
Bild 3 ist die Trackdarstellung der 9553 mit u-center, hier hochauflösend mit über 500%. Man erkennt hier den genauen Einsatzpunkt nach Tunnelausfahrt und den Abrisspunkt mit den blauen Dead Reckonning-Punkten nach Einfahrt.
Bild 4 – wie auch die folgenden Bilder 5 und 6 – zeigen nun eindrucksvoll die Grenzen heutiger Technik der Standortbestimmung. Blau ist hier die 9537 – Xtrack2 – rot die 9553 – SIRF III. Im unteren Teil der Ravennaschlucht – im Bild links – war die Sicht zu den Satelliten – siehe den einführenden Abschnitt – schlecht bis miserabel zu nennen. Dies äußert sich in vielen Abrissen, die bei der 9537 zu Positionspunkten führt, die außerhalb des Bildes liegen. Das führt in der Visualisierung zu Strichen quer über das ganze Bild, obwohl jeweils nur sekundenweiser Abriss vorhanden war. Die 9553, die wie erwähnt nicht die Xtrack2-Technik besitzt, „wandert“ in ihrem Standort gem. der sich laufend verändernden Satellitenkonstellation zwar auch, bleibt aber immer in der Nähe des Weges. Bei guter Sicht – rechts im Bild, Track von oben nach unten – liegen beide wieder gut aufeinander. Beschriebene Effekte treten wieder beim Durchlaufen der Straßenunterführung (23 m Länge) rechts unten auf.
Bild 5 zeigt im oberen Teil den Track bei guter Sicht, im unteren Teil – dem Löffeltal – wird die Sicht wieder eingeschränkter. Dies zeigt sich in einer Abweichung der 9537 vom Weg; die 9553 zeigt eine – ebenfalls im Prinzip bekannte – Standortwanderung bei Stillstand im Bild unten links.
Bild 6 ist der beschriebenen Track, aufgenommen mit TTQV. Auch wenn hier der ebenfalls bekannte Effekt – Überlagerung der Standortänderung durch Satellitenbewegung/-konstellationsänderung mit tatsächlicher Bewegung – recht stark in den Vordergrund kommt, ist doch zu bemerken, dass die Abweichung vom Weg im Rahmen der GPS-Genauigkeit liegt. Um die Tauglichkeit für Wanderungen – hier nun speziell im Bereich der Ravennaschlucht – zu testen, wurde der untere Teil der Schlucht bis mehrere Meter nach einer Abzweigung begangen. Ich denke, man kann es erkennen: Schlucht bis ca. 50 m über die Abzweigung hinaus, zurück, die Abzweigung bis zur Straße, die Straße ein Stück entlang und zurück zum Ausgangspunkt.
Noch Interpretation…
Die Situation in der Ravennaschlucht soll durch eine weitere Bildreihe noch besser, tiefer, erläutert werden.
Die Bilder sind im gleichen Maßstab mit u-center erstellt. Sie zeigen der Reihe nach den unteren Teil etwas weiter als bis zur 1. Abzweigung die zur Spitzkehre der Straße führt.
Im Bild 1 ist der Track der 9537. Man erkennt häufige Satellitenabrisse, vor allem im oberen Teil. Dies führt bekanntermaßen bei Xtrack2 zu teils heftigen Sprüngen der Position, da Xtrack2 sich – negativ – dadurch auszeichnet, dass zur Wiedererlangung einer genaueren Position eine Art „Mittelwert“-Bestimmung erfolgt, d.h., es zeigen sich anfängliche Sprünge, bis die richtige Position wieder erreicht wird.
Bild 2 ist die 9553. Kein Einfrieren bei Geschwindigkeiten gegen 0, dafür die – ebenfalls – bekannte Standortwanderung. Sie bewegt sich im Rahmen der GPS-Genauigkeit oder knapp außerhalb: so ist der Durchmesser der Schleife unter dem „f“ bei „Wasserfall“ rund 20 m, bei der Abzweigung rechts rund 32 m.
Bild 3 ist die Addition beider Tracks, sortiert nach Zeit. Hier springt die Linie immer zwischen den beiden Tracks der 9537 und 9553 hin und her. Damit ist eine Beurteilung nach Nachhinken, Einfrieren möglich. So sieht man z.B. an den „Igelstacheln“ oben im Bild, dass zu der Zeit, zu der die 9553 dem Weg recht gut folgt, die 9537 rel. wild in der Gegen herum springt. Folge schlechten Empfangs, auch wenn „genügend“ Satelliten sichtbar sind. Aber dies ist ja schon öfter beschrieben worden, die Anzahl der „sat in use“ kann bei Xtrack2 – aber bedingt auch bei SIRF III – nicht mehr als Qualitätsmerkmal für genauen Standort bezeichnet werden. Es ist allerdings im Rahmen einer vertretbaren Ungenauigkeit noch eine Standortbestimmung möglich, was bei älterer Technik eben nicht mehr der Fall war.
Geocaching…
Geocacher wird es freuen: da die 9553 nicht „einfriert“, d.h. die Position auch im Stillstand errechnet, ist diese Leadtek wieder für die Geocacher brauchbar. Die beiden Bilder zeigen die MovingMap und die zugehörige Satellitenkonstellation.
Auch wenn 9 (in use) von 9 (in view) Satelliten zur Berechnung herangezogen werden, die Verteilung sehr gut war – der HDOP-Wert lag bei 0,9 – die Dauer 2 Minuten: es ergibt sich eine Standortwanderung von rund 10 m. Das sind die Grenzen einer GPS-Bestimmung. Verbesserung ist nicht unbedingt möglich, auch eine Mittelwertbildung ist nicht das Allheilmittel, denn der Mittelwert einer Position, die über die gemittelte Zeit an der Grenze der GPS-Genauigkeit ist, ist halt genau um diese Grenze falsch.
Es ist zu vermuten, dass auch SIRF III schwache Signale evtl. aus Reflexionen in die Berechnung einbezieht, was in diesen Fällen zu Lasten der Genauigkeit führt.
Fazit Positionsauswertung
Für Fahrzeugnavigation würde ich beide Mäuse uneingeschränkt empfehlen. Bei der 9537 kann es bei schlechten Bedingungen – entlang an steilen Berghängen, evtl. Baumbestand – zum Xtrack-Verhalten führen: kurzzeitiges Abweichen von der Straße. Im praktischen Betrieb ist das nur zu bemerken, wenn man dauernd die Karte beobachten würde. Selbst da wird es nur unter sehr ungünstigen Verhältnissen zu bemerken sein.
Die 9553 zeigt dieses Verhalten nicht. Bei allen aufgenommen Tracks wurde bei der Visualisierung mit TTQV nur in Extremfällen ein leichtes Überschwingen bemerkt, Zeitdauer im Bereich von wenigen Sekunden. Selbst auf einer Strecke, die sich bei mir gewissermaßen als „Horrorstrecke“ manifestiert hat – Serpentine am baumbestandenen Berghang – bei der die bisher untersuchten Mäuse Überschwinger, Abweichungen von der Straße, „Schleifen“ an den Spitzkehren der Serpentinen aufwiesen, war die 9553 immer auf, nur in wenigen (Sekunden-) Zeiten knapp neben der Straße. Ein Zustand, der im Navigationsbetrieb nicht auffällt, nur bei der Visualisierung erkennbar ist.
Im Wanderbetrieb sind bei normalem Wandern mit freier Sicht die Verhältnisse wie eben beschrieben. Wandern im Wald geht – ja nach Baumbestand, Geländebeschaffenheit – gleitend in den Extremwert über, der nachfolgend beschrieben wird. Hier liegt die 9553 vorne, durch einsetzende Xtrack2-Effekte bei fallender Anzahl Sat in Use fängt der Track bei der 9537 an, neben die Wege zu gehen. Jedoch ist mir bei allen Wanderungen nicht aufgefallen, dass eine Ortsbestimmung nicht möglich wäre. Speziell die 9553 neigt bei geringen Geschwindigkeiten dazu, zu „tanzen“, d.h. der Track bewegt sich etwas unruhig, aber nahezu immer in Straßen-/Wegbreite. Bei Stillstand ergibt sich meist ein Standort-Oval, dieses ist auch meist etwas größer als Straßen-/Wegbreite.
Wandern in Extremlagen – z.B. Ravennaschlucht – führt bei der 9537 zu öfteren Satabrissen mit nachfolgenden teilweise recht wilden Sprüngen, die weit über die GPS-Genaugkeitsgrenzen hinausgehen. Eine Standortbestimmung ist hier als fraglich zu bezeichnen. Aber, die 9537 zeigt sich hier nicht schlechter als die anderen im Rahmen von MILES hier getesteten Empfänger, Xtrack2 kann eben ab einer gewissen unteren Grenze nicht mehr.
Die 9553 mit SIRF III zeigt hier ein wesentlich besseres Ergebnis. Auch wenn das „Tanzen“ mit sinkender Anzahl Sat in use zunimmt, eine Standortbestimmung geht selten über die GPS-Genauigkeit hinaus. Damit möchte ich der 9553 auch ausgezeichnete Eigenschaften in solchen Extremlagen zuschreiben. Der schon beschriebenen Absatz über einen TTQV-Track – der speziell unternommen wurde, um den praktischen Einsatz zu testen – zeigt m.E. deutlich, dass die Eignung gegeben ist. Berücksichtig man dabei, dass in solchen Schluchten die Möglichkeit andere Wege einzuschlagen in den meisten Fällen ausgeschlossen ist, dort wo sich Abzweigungen ergeben, die Sicht meist schnell besser wird, dürften in der Praxis kaum größere Probleme auftreten. Die 9553 kann damit von mir uneingeschränkt empfohlen werden.
Geocacher werden mit dieser Maus auch wieder zurecht kommen, da sie ja den Xtrack-Einfrier-Effekt nicht zeigt. Siehe hierzu auch den Absatz speziell für die Geocacher.