GPS

GPS ermöglicht die genaue Ortung von Positionen in Echtzeit

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GPS ist die Abkürzung für Global Positioning System. Die Technik basiert auf Satelliten, die eine sehr präzise Bestimmung der Position ermöglichen. Dafür kommen GPS-Empfänger zum Einsatz. Sie sind kompakt und mobil, und das System funktioniert in Echtzeit. GPS lässt sich dementsprechend für unterschiedliche Aufgaben nutzen, auch für die Positionsbestimmung von Fahrzeugen im Flottenmanagement.

Die Entwicklung und Geschichte von GPS

Seinen Ursprung hat GPS im militärischen Bereich. Aus 2 Gründen wurde das System dafür entwickelt. Zum einen benötigte das Militär ein Ortungssystem, das keine Daten sendet. GPS empfängt nur Daten, sodass keine 3. Partei Informationen über den eigenen Standort erhält, wenn ein GPS-Empfänger genutzt wird. Zum anderen wurde für die Navigation und Positionsbestimmung ein besonders genaues System benötigt. Die Anforderungen des Militärs lagen bei einer Genauigkeit von unter 3 Metern, was GPS in der militärischen Anwendung erreicht.

Somit war GPS zunächst nicht öffentlich nutzbar. Die Planung für ein satellitengestütztes, globales Positionierungssystem begann bereits im Jahr 1973. Der erste Satellit wurde 1978 in der Umlaufbahn positioniert. Insgesamt sind es 24 Satelliten, die auf jedem Punkt der Erde eine Navigation per GPS ermöglichen. Am 17. Juli 1995 gaben die USA als Betreiber des Systems die volle Funktionsfähigkeit bekannt. GPS war jedoch bereits vorher im Einsatz. Seit dem 2. Mai 2000 steht das globale Positionsbestimmungssystem auch zivilen Nutzern offen. Infolgedessen begann die Entwicklung von öffentlicher Technik.

Wie funktioniert GPS in der Praxis?

GPS stellt die aktuelle und exakte Position mithilfe der Satelliten fest. Der GPS-Empfänger am Boden, der beispielsweise in ein Fahrzeug eingebaut ist, empfängt Datenpakete von den Satelliten. Anhand der Laufzeit des Signals lässt sich die Entfernung zu diesem Satelliten bestimmen. Die Satelliten übersenden dazu die eigene Position sowie die aktuelle Uhrzeit. Um absolut präzise Daten zu gewährleisten, verfügen die Satelliten über Atomuhren. Die Berechnung der Position wird vom GPS-Empfänger am Boden übernommen.

Für diese Form der Positionsbestimmung sind mindestens 3 Fixpunkte nötig. Dementsprechend benötigt ein GPS-Empfänger mehrere Signale für die Positionsbestimmung. Das GPS-System ist so aufgebaut, dass zu jedem Zeitpunkt und an jedem Punkt auf der Erde mindestens 4 Signale zur Verfügung stehen. Für die Positionsbestimmung ist ein gedachter Sichtkontakt zwischen Empfänger und Satellit erforderlich. Wolken stören den Empfang des Signales jedoch nicht. Durch dieses Prinzip ist mit einem GPS-Empfänger global eine präzise Positionsbestimmung in Echtzeit möglich.

Welche Geräte werden für den Einsatz von GPS benötigt?

Der Zugang zur satellitengestützten Navigation über GPS ist heutzutage sehr einfach. Alle modernen Smartphones verfügen über einen GPS-Empfänger. Dies erlaubt die Standortbestimmung in Google Maps und anderen Apps. Darüber hinaus gibt es eigenständige GPS-Tracker. Diese Geräte sind entweder für den mobilen Einsatz oder den festen Einbau, beispielsweise in einem Fahrzeug, konzipiert. Dementsprechend gibt es GPS-Empfänger mit Akkus und Geräte, die über das 12-Volt-Bordnetz eines Fahrzeugs mit Energie versorgt werden. Der Anschluss ist teilweise direkt am OBD-Port des Fahrzeugs möglich. Professionelle GPS-Asset-Tracker arbeiten oft präziser und sind robuster. So gibt es Geräte mit Schutz vor Spritzwasser und Staub.

Wie genau ist GPS?

GPS wurde vor dem Hintergrund entwickelt, besonders präzise und zuverlässige Daten bei der Standortbestimmung zu liefern. Tatsächlich ist das System in der Lage, eine auf 0,01 Meter genaue Bestimmung der Position vorzunehmen. Dieser Precise Positioning Service (PPS) ist jedoch den militärischen Nutzern vorbehalten. Für öffentliche und zivile Systeme ist diese genaue Positionsbestimmung deaktiviert.

Der Bereich von GPS, der öffentlich zugänglich ist, nennt sich Standard Positioning Service (SPS). Hier ist mittlerweile die Positionsbestimmung mit einer Abweichung von maximal 7 Metern garantiert. Die Standardabweichung (root main square, RMS) liegt im Schnitt bei 3,6 Metern. Die Genauigkeit der Messungen lässt sich mit dem Einsatz des Differential Global Positioning System (DGPS) jedoch verbessern. Dafür werden spezielle DGPS-Empfänger benötigt. Sie nutzen zusätzlich stationäre, landbasierte Referenzstationen für die GPS-Fahrzeugortung. Diese senden ähnliche Daten wie die Satelliten. Mit DGPS verbessern Sie die Positionsbestimmung auf eine Genauigkeit zwischen 0,3 und 2,5 Metern. Professionelle Systeme sind sogar in der Lage, bis auf wenige Millimeter genau die Position zu bestimmen.

Eine weitere Möglichkeit zur genaueren Bestimmung ist der Einsatz von A-GPS. Dies steht für Assisted Global Positioning System. Es handelt sich um ein erweitertes Verfahren, das zusätzlich auf Hilfsdaten zurückgreift, um die Position zu präzisieren. Hilfsdaten sind beispielsweise Standortdaten aus dem Mobilfunknetz. Gerade in Städten, in denen das Signal der Satelliten oft gestört wird, verbessert dies die Standortbestimmung erheblich. Außerdem reagiert A-GPS schneller, wenn seit der letzten Ortung eine längere Zeit vergangen ist oder das Signal unterbrochen war.

Die tatsächliche Genauigkeit der Messungen hängt von einigen weiteren Faktoren ab. Sie schwankt zudem über den Tag hinweg, was mit der Anzahl und Position der verfügbaren Satelliten zusammenhängt. Grundsätzlich gilt, dass die Messungen genauer sind, wenn die Satelliten möglichst weit voneinander entfernt und möglichst wenig Störungen in der Nähe vorhanden sind. Auf den ersten Punkt haben Nutzer keinen Einfluss, denn die Satelliten sind nicht geostationär. Somit verändert sich die Position der Satelliten permanent. Störungen lassen sich hingegen minimieren. Die Signale werden von hohen Bauwerken, Bergen oder auch Bäumen in der unmittelbaren Nähe gestört. Präzisere Ergebnisse erhält man daher auf freien Flächen.

In welchem Format stellt GPS Informationen bereit?

GPS nutzt ein empfängerunabhängiges Datenformat als Standard. Das RINEX-Format gewährleistet den problemlosen Austausch der Rohdaten. Weiterhin spielt das GPX-Format eine Rolle. In diesem Format speichern viele GPS-Geräte die Daten sowie weitere Informationen, die im Zusammenhang mit der Positionsbestimmung entstehen. Dazu gehören beispielsweise Routen, Logs oder Wegpunkte.

Die GPS Koordinaten, die vom Empfänger bereitgestellt werden, werden in Grad, Minuten und Sekunden angegeben. Dieses Format ist bei der Positionsbestimmung weltweit etabliert. Das spezielle Datenformat sieht beispielsweise so aus:

52° 31′ 9.426″ N 13° 22′ 27.667″ E

Das sind die GPS Koordinaten des Deutschen Bundestags in Berlin. Mit ihnen lässt sich navigieren oder mithilfe einer Anwendung wie Google Maps die aktuelle Position finden. Auch auf Landkarten sind Längen- und Breitengrade eingezeichnet. Theoretisch ist es also auch möglich, die eigene Position auf einer Landkarte zu bestimmen.

Darüber hinaus stellen die GPS Koordinaten auch Informationen über die Höhe bereit. Diese Funktion ist weniger bekannt. Beispielsweise in Gebirgen kann sie eine hilfreiche Information an. Bei Höhenmessungen ist GPS jedoch weniger präzise. Die Messungen weisen oftmals Abweichungen von 20 bis 30 Höhenmetern auf, was für eine Fahrtenschreiberanalyse beispielsweise aber nicht weiter schlimm ist.

Einsatz von GPS-Systemen in der Praxis

Es gibt eine Reihe von Szenarien, wie GPS in der Praxis genutzt wird. Wanderer nutzen GPS beispielsweise, um zu kontrollieren, ob sie auf dem richtigen Weg unterwegs sind. Die Positionsbestimmung in Echtzeit ist aber gerade im gewerblichen Bereich nützlich und hilfreich. Eines dieser Szenarien ist der Einsatz von GPS im Flottenmanagement. In diesem Fall wird der GPS-Empfänger fest im Fahrzeug verbaut.

GPS arbeitet automatisch beispielsweise als GPS-Ortung für Kfz, wenn dies gewünscht ist. So können die GPS-Empfänger so eingestellt werden, dass sie laufend die Position kontrollieren und aktualisieren. Auf diese Weise kann ein elektronisches Fahrtenbuch geführt werden. Zusätzlich wird das System mit einem Sender gekoppelt. Er überträgt die Positionsdaten in Echtzeit an ein zentrales Software-System. Dafür wird das Mobilfunknetz genutzt. Damit stehen dem Disponenten in der Zentrale, Positionsdaten aller Fahrzeuge in Echtzeit bereit. Mit diesen Eigenschaften erlaubt GPS das Flottenmanagement ohne Verzögerung. Die gesammelten Daten können darüber hinaus für weitere Analysen und die Optimierung der Logistik eingesetzt werden. Beispielsweise können Sie damit einfach den Fahrtenschreiber auslesen und die Daten archivieren und so den gesetzlichen Bestimmungen nachkommen.

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Quellen:

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