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2cm-GPS-Genauigkeit für alle!

15 Kommentare

Die Genauigkeit eines heute Verfügbaren GPS-Empfängers liegt – je nach Quelle und Empfänger – bei 3 bis 50 Metern. Im Prinzip wäre GPS geeignet wesentlich genauer zu arbeiten. Allerdings wird die Genauigkeit durch natürliche und künstliche Einflüsse beeinflusst. Da diese Einflüsse aber auf alle Empfänger wirken kann man diese Abweichungen eigentlich rausrechnen. Dazu wird die Abweichung von einem Gerät berechnet, bei dem die exakte Position bekannt ist. (Eigentlich wird nicht die Abweichung der Postition berechnet, sondern die Abweichungen der Signallaufzeit zu den einzelnen Satelliten). Ein solches Differenzsignal nennt sich sperrig RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services) und kann von teureren Empfängern benutzt werden.

Ein normaler GPS-Empfänger ist ein recht nervöser Zeitgenosse. Ohne Korrektursignal springt die Position selbst dann, wenn man sich nicht bewegt.

Mit einem korrigierten Signal erreicht man – je nach Quelle – eine Genauigkeit von bis zu 2cm. Grade in unwegsamem Gelände (Häuserschluchten!) erhöht sich die Genauigkeit deutlich weil der Empfänger nur sehr wenige Satelliten sieht und Abweichungen (z.B. absichtliche Zeitverzögerungen) der einzelnen Signale sich besonders deutlich auswirken.

Für dieses Korrektursignal gibt es seit einigen Jahren sogar das Internetprotokoll Ntrip (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol). Die Daten werden dabei im Wesentlichen in einen HTTP-Stream verpackt auf Anfrage ausgesendet. In Deutschland gibt es dutzende Server, die die Korrekturdaten für verschiedene Positionen senden. Allerdings sind offensichtlich alle geschützt und/oder kostenpflichtig. Mit dem schönen Namen SAPOS (Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung) bieten die Länder verschiedene Dienste (siehe AdV) mit unterschiedlicher Genauigkeit an, die über unterschiedliche Medien übertragen werden. In Berlin sendet der RBB zum Beipsiel auf 88,8 ein Signal mit dem eine Genauigkeit von unter 2m berechnet werden können. Genauere Daten sind allerdings bei allen Bundesländern nur kostenpflichtig zu erhalten. Mit 10 Cent pro Minute dürfte es sich um den teuersten behördlichen Dienst überhaupt handeln.

Jetzt ist es aber nicht so, dass der Betrieb einer Referenzstation und die Bereitstellung der Korrekturdaten Raketenwissenschaft ist. Zwar wird dabei mit relativistischen Effekten gerechnet aber die Formeln sind bekannt und zum Teil als OSS (RTKLIB)  verfügbar. Inzwischen gibt es immer mehr Empfänger die sich dazu bringen lassen, die Rohdaten rauszurücken und bieten damit alles, was man als Referenzstation benötigt. Ein Set aus einem Navilock 551EUSB für ca. 30 € betrieben an einem Beagleboard für 150 € unter Ångström Linux, vernünftig kalibriert und mit dem Netz verbunden würde einen hervorragenden Ntrip-Server liefern.

Ein solcher Korrekturserver könnte jedes online verbundene Smartphone mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich ausstatten. Zusammen mit den inzwischen verfügbaren Gyroskopsensoren in aktuellen Androidgeräten und iPhones würden AR-Programme plötzlich wirklich Spass machen.

Es bleibt also die Frage, wer in Zukunft umsonst solche Referenzmessungen anbietet. Hallo Google? Hallo Nokia? Aber eigentlich ist es ja ein hervorragendes Crowdsourcing-Projekt.

Hier lang gehts zu weiteren Informationen:

[Update] Inzwischen gibt es eine freie Initiative, die sich dem Thema widmet: OpenDGPS. Ziel ist ein crowd-sourced Differential-GPS-Netzwerk. Verteilte Referenzstationen liefern mittels Ntrip die Signale über IP. Je nach Entfernung und Genauigkeit der Stationen könnte sich eine mobile Einheit so tatsächlich im 10cm-Bereich orten. [/Update] 


Written by qrios

December 30th, 2010 at 3:53 pm

15 Responses to '2cm-GPS-Genauigkeit für alle!'

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  1. Von dem Typen, der die RTKLIB geschrieben hat gibt es eine Beschreibung eines Setups mit einem uBlox-Receiver und einem Beagleboard:
    http://gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/isgps_2009_rtklib_revA.pdf

    Sieht so aus als ob man das recht gut für einen Preis von 200 Eronen bauen könnte.

    frank

    31 Dec 10 at 5:36 pm

  2. @frank: Danke für den Tipp. Das ist im Prinzip genau der Aufbau, den wir auch für einen Robot bauen wollen. Nur bin ich mir noch nicht sicher, ob wir einen externen Ntrip-Server nutzen sollten oder selbst einen Referenzpunkt aufbauen.

    qrios

    2 Jan 11 at 4:38 pm

  3. In dem relativ neuen Podcast Raumzeit gab es grade die Fplge über GPS und Konsorten: http://www.raumzeit-podcast.de/2011/02/04/rz008-satellitennavigation/ Darin wird unter anderem erklärt, welche Daten von den Satelliten gesendet werden. Es ist nämlich nicht nur die Zeit sondern auch die aktuelle Position.

    Zur Bestimmung der Position des Empfängers würde zwar auch die Zeit reichen, aber nur, wenn die Sender immer (oder immer wieder) in der gleichen Konstellation stehen würden. Und selbst das könnte bei bestimmten Konstellationen bei zu wenig Signalen dazu führen, dass 3 od. 4 Sender keine eindeutige Position liefern.

    ff

    6 Feb 11 at 8:45 am

  4. Ooh dang i just typed a big comment and immediately after i hit publish it arrive up blank! Satisfy satisfy tell me it worked properly? I dont want to publish it once more if i do not have to! Both the weblog glitced out or i am an idiot, the second option doesnt shock me lol.

    Shanice Reckart

    6 May 11 at 4:23 am

  5. Hi,
    wie kommst du zu dem Schluss das aktuelle Smartphones keine Korrekturdaten nutzen würden? Soweit ich weiß nutzen die das schon… Stichwort AGPS usw.

    MfG Andi

    Andi

    12 May 12 at 9:38 am

  6. @Andi: Wenn ich mich recht erinnere ist das AGPS-Signal kein Korrektur-Signal sondern lediglich eine weitere Datenquelle (Position der Masten und aktuelle Position der Satelliten). Insofern hilft es nicht (oder nur marginal) die Positionierung zu verfeinern. Es beschleunigt nur.

    qrios

    12 May 12 at 11:27 am

  7. Um einen Roboter in einem eingeschränkten Gebiet mit DGPS agieren zu lassen bräuchte es meines Errachtens noch weniger Aufwand, da dem Robotor die tatsächliche Position (lat/lng/alt °) ziemlich egal sein kann sondern er nur eine relative Position (x/y/z m) zur Basisstation braucht.
    Hierzu betreibt man einen nahegelegenen stationären GPS-Empfänger und sendet periodisch dessen aktuelle Position via WLAN. Der Robotor (mit identischem GPS-Empfänger) empfänt diese WLAN-Daten und ermittelt mittels eigener GPS-Position seine relative Position zur Basis.

    Thomas Fischer

    21 Jul 12 at 2:32 pm

  8. Nachtrag:
    Bewegt sich der Roboter in einen Bereich in dem er stark beeinträchtigten GPS-Empfang hat könnte es natürlich zu deutlichen Abweichungen seiner relativen Position zur Basis kommen. Hier kann man sich dann mit verschiedenen Strategien weiterhelfen:

    Bedingungen:
    - Roboter führt ein Log über Position, Genauigkeit (Anzahl der Sat) und ausgeführte Bewegungen.
    - Robotor “kennt” die Bereiche in denen es schlechten GPS-Empfang gibt
    - Roboter kennt seine maximale Geschwindigkeit

    Strategie A:
    Bei Genauigkeitsabfall führt der Roboter die reversen Bewegungen aus um wieder zurück in den Bereich mit ausreichender Genauigkeit zu finden

    Strategie B:
    Verändert sich die Position des Roboters schneller als seine maximale Geschwindigkeit und geht dies mit einem Genauigkeitsbfall einher bentutz der Roboter als zusätzlichen Korrektur-Offset die Differenz aus letzter genauen Position und aktueller Position

    Strategie C:
    Der Roboter ist sich dessen “bewusst” dass er in einen Bereich mit schlechtem GPS-Empfang eintauchen wird. Er benutzt wie bei B einen zusätzlichen Korrektur-Offset

    Das ganze noch versehen mit einem PID-Controller macht den Roboter etwas gelassener bzgl. Positionsprüngen.

    Thomas Fischer

    21 Jul 12 at 3:10 pm

  9. @Thomas: Eine hervorragende Idee. Damit könnte man das in einem beschränkten Areal auch mit einem BT-GPS mit einer Bluetooth-Antenne machen. Dann wäre die Referenzstation vollkommen autonom.

    Das Problem mit den schlechten Signalen ist bei den aktuellen GPS-Geräten übrigens wirklich kein echtes Problem mehr. Hab hier ein Holux E160 M-1200 mit Surf-III-Chip. Der schafft es sogar innerhalb meiner Altbauwohnung (drei Etage noch darüber) nach ca. einer halben Stunde einen Fix zu finden. Und der Chip ist schon überholt.

    qrios

    21 Jul 12 at 5:28 pm

  10. Hallo Herr Meissner.
    Ich habe Ihr Page mit sehr viel Interesse gelesen.
    Mein Name ist Oliver Alber ich bin Geometer in Filderstadt bei Stuttgart.
    Ich möchte eine Referenzstation aufbauen, um die Lnadwirtschaft mit einem Rferenzsignal zu versorgen.
    Ich habe ein Leica GPS 1200 Referenzstation mit Datenfunk.
    Sie scheinen, als hätten Sie eine Ahnung was und wie ich einen Refenzdienst ( max. 10-15 km Umkreis ) aufbauen könnte.
    Auf eine Antwort würde ich mich sehr freuen.
    Vielen Dank für Ihre Bemühungen.

    Oliver Alber

    Oliver

    30 Nov 12 at 12:07 pm

  11. @Oliver: Das freut mich! Inzwischen haben wir unter http://opendgps.de mit einem Projekt gestartet. Ich kontaktiere sie per mail.

    qrios

    3 Dec 12 at 4:47 pm

  12. […] […]

    Anonymous

    23 Jul 14 at 8:42 pm

  13. Tut sich hier denn noch etwas? =)

    Anonymous

    24 Oct 14 at 2:56 pm

  14. Das Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Baden-Württemberg schreibt hier http://www.sapos-bw.de/faq.php man kann den Dienst mit einfachen Genauigkeit SAPOS EPS kostenfrei nutzen. Eine Gebühr fällt erst bei HEPS an. Angeblich kann man sich einfach per e-Mail registrieren und bekommt Zugangsdaten. Hat das schon mal jemand probiert und wenn ja mit welcher HW und SW?

    Manfred

    10 Oct 15 at 6:19 pm

  15. So,
    working on automatic robot lawn cutting devices. Want to set up a non wired solution in Germany under private crowd work. Looking for sophisticated partners

    Lawn

    27 Feb 16 at 8:57 am

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