Hochgenaues GNSS-System

[reinhardz]

Hi,

ich möchte einfach mal (m)ein Navigationssystem vorstellen, das bei guten Empfangsverhältnissen bis zu einem Zentimeter Genauigkeit bietet und dabei viel preisgünstiger ist, als man glauben sollte..

Vorab (sorry, wenn ich hier Eulen nach Athen tragen sollte): GNSS steht für Global Navigation Satellite System als Oberbegriff für GPS, Glonass, Galileo, Beidou etc. Mein Navi-System besteht aus:
1. einem Smartphone und
2. dem RTK Portable Bluetooth Kit von ArduSimple (inkl. Antenne von ublox) für 275,- € + MWSt .
Zusätzlich benötigt man
1. einen NTRIP-Client fürs Smartphone (ich nutze dafür die kostenlose Lefebure-App) und
2. einen SAPOS-Zugang beim jeweiligen Landesvermessungsamt [LVermA], um von dort die Korrekturdaten zu erhalten. Dieser Zugang ist in allen Bundesländern quasi ebenfalls kostenlos; Bayern verlangt aber eine jährliche Registrierungsgebühr von 20,- €.

Zum Betrieb muss der RTK-Empfänger natürlich an eine Stromquelle angeschlossen werden - ich nutze darür eine kleine Powerbank.. Die Antenne wird mit einem kleinen SMA-Stecker ebenfalls mit dem Gerät verbunden und sollte so positioniert werden, dass sie möglichst freie Sicht in alle Himmelsrichtungen hat; für Freaks (so wie mich) gibt's von Trimble eine spezielle Baseball-Cap, die ein eingearbeitetes Fach für so eine Antenne hat. Mit den Default-Einstellungen des Geräts sollte sofort Betrieb möglich sein.

Im Smartphone ist unter Einstellungen -> System -> Entwickleroptionen (dort ganz nach unten scrollen) bei "App für simulierte Standorte auswählen" (mock location) der genutzte NTRIP-Client einzutragen, der nach Installation der gewählten App (bei mir also Lefebure) dort auch schon angezeigt wird. Weiterhin sind auf dem Smartphone "Standort" und "Bluetooth" zu aktivieren.

In der App selbst sind die Zugangsdaten des jeweiligen LVermA einzutragen.

Und dann kann's auch schon losgehen (Beschreibung gilt für Nutzung der Lefebure-App!): dort einfach nur auf "Connect" tippen, und schon werden die vom (natürlich vorab durch Anschluss der Stromversorgung eingeschalteten) Empfänger ermittelten Positionen ausgegeben und und gleichzeitig im Ordner "Download" als Text-Datei der Form "NMEA-yyyy-mm-dd.txt" gespeichert. Sobald die Verbindung zum Korrekturdatenserver des LVermA steht, wird der Datenempfang durch ein gelbes Laufband angezeigt (ca. 2 MB/h). Hat man eine Kartenapp (ich nutze OSMAND), kann man sich dort den jeweiligen Standort anzeigen lassen.

Die NMEA-Daten kann man daheim mit dem ebenfalls kostenlosen- Konvertierungsprogramm "GPSBabel" in alle möglichen anderen Formate konvertieren. Bei Nutzung des Kartenprogramms "OSMAND" kann man den Track gleich parallel im gpx-Format aufzeichnen lassen.

Ich bin jedenfalls begeistert von dem Teil. Selbstverständrlich erzielt man die o. g. Genauigkeit nur unter guten Bedingungen; bei Regen unter einem geschlossenen Laubdach oder in Funklöchern, wo dann natürlich die Korrekturdaten fehlen, wird man die maximale Genauigkeit aber nicht erreichen.

Und sicherheitshalber zum Schluss: ich bin in keinster Weise mit ArduSimple (sitzt in Spanien) oder Lefebure oder OSMAND oder GPSBabel verbandelt und bekomme nicht das geringste Honorar für diese Zeilen!

Ggf. viel Spaß und Erfolg mit so einem System wünscht

reinhardz

 

[Mausebiber]

Sehr schön, ich kenne sowas von professionellen GPS Geräten die eine Genauigkeit von 2 cm haben. Das wird aber nur zur Landvermessung genutzt, für Geocacher völlig ungeeignet, damit findest du die Döschen auch nicht besser.

 

[HHL]

für Geocacher völlig ungeeignet, damit findest du die Döschen auch nicht besser.

Richtig. Man weiß lediglich, wie weit die Dosen tatsächlich im Off liegen.

 

[pikachu]

Das Problem ist immer, daß es zwei Geräte bei dem ganzen Projekt gibt: Eins, das beim Verstecken dabei war, und eins, das beim Suchen dabei ist.
Wenn der Sucher nun ein (sagen wir mal) Gerät mit 95% Genauigkeit benutzt, während der Owner nur eins mit 80% hatte, dann hat @HHL völlig recht ...

 

[schatzi-s]

Ich finden den Post sehr spannend, denn

Hi,

ich möchte einfach mal (m)ein Navigationssystem vorstellen, das bei guten Empfangsverhältnissen bis zu einem Zentimeter Genauigkeit bietet und dabei viel preisgünstiger ist, als man glauben sollte..

ich habe tatsaechlich geglaubt, dass so etwas viel teurer ist.

Es ist natuerlich richtig, dass so etwas beim Verstecken viel wichtiger ist, als bei der Suche, aber es gibt ja noch andere Anwendungsfaelle. Neu war fuer mich die Info, dass man die Korrekturdaten kostenlos erhalten kann.

Wenn es dann noch eine App gaebe (oder ich sie kennen wuerde), mit der man die korrigierten Daten als NMEA Strom senden koennte (seriell, Bluetooth ...) koennte man mit einem alten Handy, dem Ding und einem ESP nette Dinge basteln, die genau wuessten, wo sie sind.

 

[hcy]

Ich finde es toll, dass es mal wieder solche interessanten Beiträge im Geoclub (nicht Geocachingclub) gibt und nicht nur Spoiler und irgendwelche sinnlosen Diskussionen.

 

[DNF_BLN]

Es ist natuerlich richtig, dass so etwas beim Verstecken viel wichtiger ist, als bei der Suche, aber es gibt ja noch andere Anwendungsfaelle. Neu war fuer mich die Info, dass man die Korrekturdaten kostenlos erhalten kann.

Ich finde einen vernünftigen Hint bei aller Ungenauigkeit der Geräte immer noch besser.

 

[Termite2712]

Richtig. Man weiß lediglich, wie weit die Dosen tatsächlich im Off liegen.

Aber man kann ruhigen Gewissens loggen: "Dose 3m off"

 

[Luke Short]

... eine Genauigkeit von 2 cm ... damit findest du die Döschen auch nicht besser.

Man weiß lediglich, wie weit die Dosen tatsächlich im Off liegen.

Genau so ist es! Solche Super-Genauigkeiten möchte ich gar nicht haben. Wo bleibt denn da der Suchspaß?
Gibt's demnächst Cacheverstecke, die mit einem kleinen roten Fähnchen markiert sind?

In meinen Anfangszeiten als Geocacher (2002) war ich nur mit Papierkarte (Topo 1:25.000) und Kompass unterwegs.
Meine ersten 45 Caches habe ich noch ohne GPS-Gerät suchen müssen – da lernt man die Basics (kennen und lieben)!

 

[schatzi-s]

Genau so ist es! Solche Super-Genauigkeiten möchte ich gar nicht haben. Wo bleibt denn da der Suchspaß?

Suchspass = Fluchspass!

Auch - und gerade - in den Anfangszeiten wurden Caches vor Muggeln versteckt, nicht vor anderen Cachern. Es ging nicht darum, noch kleiner, noch fieser, sondern es war ein Schutz der Dose.

Ich moechte nicht suchen, ich moechte ein Ziel haben. Und wenn das dann noch ein besonderer Ort ist oder die Dose mir Freude bereitet, dann ist das um so besser. Ich verzichte lieber auf einen Punkt als allzulange (je nach Laune laeuft das Intervall bereits bei etwa einer Minute ab) nach einem Petling oder einem Nano zu suchen ...

 

[hcy]

Wo bleibt denn da der Suchspaß?

Suchspaß? Also ich kenne nur Findespaß, das Suchen empfinde ich eher als lästig.

Meine ersten 45 Caches habe ich noch ohne GPS-Gerät suchen müssen

Das ist dann aber lt. Definition kein Geocaching. Geocaching ist erfunden worden, um die Genaugkeit des GPS zu demonstrieren. Da würde ich sagen, je genauer desto besser.

 

[JackSkysegel]

Also ich suche auch gerne. Es kommt natürlich auf die Lokation an und ob ich auch ungestört suchen kann. Das ist aber bei den wenigen Caches die ich mache meistens der Fall.

 

[wendenzo]

Danke für diese Vorstellung! Das ist sehr interessant, habe ich mich vor Jahren mal, wenn auch nur kurz und rein theoretisch selbst mal mit diesem Thema befasst: Ich dazu noch ein paar Fragen
1. Kann man das RTK Portable Bluetooth Kit auch alleine, also nur als GPS-Empfänger wie eine GPS-Mouse benutzten? Kann man die Position irgendwie in andere APPS wie C:geo oder Cachebox weiterleiten?

 

[Sillytoppi]

.... damit findest du die Döschen auch nicht besser.

Ist das so?
Bei normalen Geräten überlagern sich die Ungenaugkeiten der GPSr des Versteckers und des Suchers.
Soll heißen, wenn beispielsweise der Verstecker bei der Koordinatenermittlung mit einigen Metern daneben lag, kommt die Ungenaugkeit des Suchers dazu.
In günstiger Richtung haben sich die Ungenauigkeiten auf. In der Regel "ergänzen" sie sich. Und im ungünstigen Fall addieren sie sich.
Wenn also ein Gerät 100% korrekt ist, sollte ich die Dose besser finden?!
Oder mache ich einen Denkfehler?

 

[SammysHP]

Kann man die Position irgendwie in andere APPS wie C:geo oder Cachebox weiterleiten?

Mit der App kann das (abhängig von der Android-Version) systemweit als simulierte Position bereitgestellt werden, die dann auch von c:geo genutzt wird.

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Prinzipiell ist das schon ein ganz guter Preis, wenn man ein funktionsfähiges System ohne Gebastel haben möchte. Steigt man etwas tiefer ein und traut sich zu, ein paar Kabel an Platinen zu löten und sich durch verworrene Anleitungen im Internet durchzukämpfen, bekommt man das auch noch etwas günstiger. Aber das Gehäuse von dem verlinkten Empfänger hat schon seinen Reiz…

SAPOS ist eine tolle Sache und von Jahr zu Jahr sind neue Bundesländer kostenlos hinzugekommen. Da hat sich in den letzten Jahren echt einiges getan. Nutze die Daten selber häufiger und in den meisten Fällen sind sie absolut ausreichend. Aber es gibt immer noch ein paar Lücken in der Versorgung mit kostenlosen Daten (Schleswig-Holstein, Rheinland-Pfalz und Bayern). Hier eine Übersicht:

https://zentrale-stelle-sapos.de/gebuehren-anmeldung/

Man muss sich halt für jedes Bundesland einzeln anmelden (teilweise mit schrecklich alten Formularen) und dann die jeweiligen Adressen und Benutzerdaten im System eintragen. Eine ununterbrochene Internetverbindung ist natürlich auch erforderlich, ab 30 Sekunden wird es bei manchen Konstellationen langsam spürbar ungenauer.

Was man allerdings berücksichtigen sollte: Jedes noch so kleine Objekt zwischen Antenne und Satelliten verschlechtert die Lokalisierung. Da reicht oft schon ein einzelner, dicker, unbelaubter Ast einige Meter über der Antenne. Und ich spreche hier von Antennen für 4000 €. Fürs Geocaching also etwas unpraktisch.

 

[wendenzo]

@ SammysHP: Danke für die Informationen! Ich habe es, weil es mich interessiert, mal getestet, nur mit meiner GPS Mouse (Garmin GLO) und es funktioniert tadellos, natürlich mit sehr schlechter Genauigkeit bezogen auf die Leistungsfähigkeit des Garmin GLO und beschränkte Sicht zum Himmel von der Terrasse aus. Die Zugangsdaten zum NTRIP-Server hier in Südtirol hatte ich noch von einem Versuch vor Jahren.
Was ich noch nicht ganz genau verstanden habe ist der genaue Zusammenhang all der Faktoren bezüglich Genauigkeit. Ich versuche es mal zu formulieren, wie ich es glaube verstanden zu haben: Die Genauigkeit hängt primär von 2 Faktoren: Die Genauigkeit des Rovers (GPS-Empfänger) und der systematische Fehler des gesamten GNSS-Systems, abhängig von verschiedenen physikalischen Gegebenheiten, lokal und zeitlich begrenzt. Das heißt, um eine Genauigkeit im Zentimeterbereich zu erreichen muss der Rover tatsächlich auch die Fähigkeit besitzen, die Position im Zentimeterbereich zu bestimmen, sprich, wenn ich 2 oder mehrere identische Geräte nebeneinander habe, dann müssten sie mir alle dieselbe Position im Zentimeter-Bereich anzeigen, bei optimaler Sicht zum Himmel? Allerdings unterliegen alle Geräte einem systematischen Fehler, der den Mittelpunkt der jeweilig gemessenen Positionen um einen bestimmten Winkel und Distanz verschiebt und genau diesen Faktor gleichen die Daten des NTRIP Servers aus. Sehe ich das so richtig?
Heißt das weiters, wenn mir mein Garmin GLO eine Genauigkeit von 3 Meter angibt, sich zu dieser Genauigkeit noch der systematische Fehler addiert? Oder umgekehrt gefragt, wenn ich die Position mit meinem Garmin GLO bestimme (z.B. 3 Meter Genauigkeit), es mit NTRIP-Daten korrigiere, dann liege ich auch tatsächlich innerhalb der 3 Meter Genauigkeit? Und noch eine Frage: Wo sehe ich in der Lefebure die aktuelle Genauigkeit meiner Positionsbestimmung?

viele Grüße
wendenzo

 

[schatzi-s]

@wendenzo: Wenn das Garmin eine Genauigkeit von 3m anzeigt, dann heisst das, dass von den ermittelten Werten ein bestimmter Anteil innerhalb dieses 3m Radius liegen. Stichwort Normalverteilung. Das bedeutet nicht automatisch, dass realer Punkt und angezeigter Wert weniger als 3m Entfernung voneinander haben.

Deine eigentliche Frage habe ich mir auch schon gestellt: Fuer mich stellt sich das mit dem Differential GPS vereinfacht so dar, dass ein zentrales System weiss, wo es ist und nun regelmaessig die Koordinaten per GPS ermittelt. Aus Ist-Wert und ermitteltem Wert wird die Abweichung berechnet und daraus ein zeitlich und oertlich begrenzter Vektor erzeugt und uebertragen. Der Vektor wird dann vom mobilen System empfangen und auf die per GPS ermittelten Werte projeziert. Soweit so gut, aber: Wenn ich mit Anderen cache, dann sind wir zum selben Zeitpunkt am selben Ort, suchen aber regelmaessig an verschiedenen Stellen, da die GPSr verschiedene Nullpunkte anzeigen. Mit einem Offset wuerde sich dieses Bild doch nur verschieben?!

 

[reinhardz]

Danke für diese Vorstellung! Das ist sehr interessant, habe ich mich vor Jahren mal, wenn auch nur kurz und rein theoretisch selbst mal mit diesem Thema befasst: Ich dazu noch ein paar Fragen
1. Kann man das RTK Portable Bluetooth Kit auch alleine, also nur als GPS-Empfänger wie eine GPS-Mouse benutzten?

Ja, das klappt: mit dem Lefebure-Client werden die Positionsdaten auch in Funklöchern, also ohne Korrekturdatenempfang, gespeichert.

Kann man die Position irgendwie in andere APPS wie C:geo oder Cachebox weiterleiten?

Das kann ich nicht sagen, da ich diese Apps nicht kenne. Andererseits wird die Position ja problemlos an Osmand weitergegeben, wird dort angezeigt und kann als Track von Osmand im gpx-Format gespeichert werden: warum sollte das dann mit anderen Apps nicht möglich sein?

 

[reinhardz]

[...]

Deine eigentliche Frage habe ich mir auch schon gestellt: Fuer mich stellt sich das mit dem Differential GPS vereinfacht so dar, dass ein zentrales System weiss, wo es ist und nun regelmaessig die Koordinaten per GPS ermittelt. Aus Ist-Wert und ermitteltem Wert wird die Abweichung berechnet und daraus ein zeitlich und oertlich begrenzter Vektor erzeugt und uebertragen. Der Vektor wird dann vom mobilen System empfangen und auf die per GPS ermittelten Werte projeziert. ...

Das ArduSimple-System bietet noch einen weiteren Vorteil. Die Satellitensignale werden beim Weg durch die Atmosphäre beeinflusst, und zwar auch frequenzabhängig. Deshalb senden die Satelliten ihre Positionsdaten gleichzeitig auf verschiedenen Frequenzen, so dass von einem Empfänger, der mehr als eine Frequenz desselben Satelliten empfangen und auswerten kann, die aufgrund der atmosphärischen Störungen scheinbar abweichenden Positionen ein und desselben Ortes zumindest teilweise rausgerechnet werden können und insofern auch ohne Korrekturdaten schon genauer sind.

 

[SammysHP]

wenn ich die Position mit meinem Garmin GLO bestimme (z.B. 3 Meter Genauigkeit), es mit NTRIP-Daten korrigiere

Das wird nicht funktionieren, da dein Garmin GLO kein RTK kann – und darum geht es hier. Wertet man lediglich den von den Satelliten übertragenen C/A-Code aus, kann die Position nicht genauer als etwa 3 m bestimmt werden. Deswegen wird bei RTK-Empfängern auch die Phase des Trägerwellensignals ausgewertet. Die nötigen Informationen zur Signallaufzeit und somit Phase werden von der Basisstation übertragen (in diesem Fall über das NTRIP-Protokoll).

Kurz: Du brauchst einen RTK-fähigen Empfänger.