Testen Sie die Genauigkeit von GPS-Geräten

Genauigkeit und Integrität

Genauigkeit ist die Abweichung der Messdaten von der realen Wirklichkeit. Bei GPS-Geräten ist es die Abweichung der vom Gerät angezeigten Koordinate von der ‘richtigen’ Koordinate. Erforderlich ist, dass beide Koordinaten im gleichen System (WGS-84 bei OSM) aufgezeichnet werden, bzw. die genaue Umrechnung der Koordinate, wenn der Referenzwert aus einem anderen System stammt.

Verfügbarkeit ist das vollständige und unveränderte Eintreffen der Daten beim Empfänger.

Zuverlässigkeit ist ein Prozentsatz, der beschreibt, wie lange ein System voraussichtlich in der Lage ist, eine beabsichtigte Funktion mit der erforderlichen Genauigkeit auszuführen.

Integrität ist die Fähigkeit eines Systems, den Benutzer rechtzeitig zu informieren, wenn es nicht mehr verwendet werden kann (falsche oder fehlende Messwerte).

Genauigkeit der Daten

Die Genauigkeit hängt ab von:

der Qualität der Satelliten

Störungen bei der Übertragung bis zum Empfang

Eigenschaften der Empfangsgeräte (Hard- und Software)

Die Genauigkeit des Geräts hängt ab von:

der Qualität des GPS-Chips

Qualität der elektrischen Signalverarbeitung

Qualität der Software

Die Hersteller von Consumer-Geräten machen meist keine Angaben über die verwendete Hard- und Software. Angaben zur Signalkorrektur (“WAAS” etc.) sind oft unbestimmt bis irreführend. Auch die angezeigte “Genauigkeit” ist bei manchen Geräten nicht definiert und daher eher unbrauchbar.

Das Gerät selbst testen

Dazu braucht man einen genau bekannten Referenzpunkt auf dem freien Feld. Wenn man Glück hat, gibt es einen Messpunkt mit rundum freier Sicht zum Himmel und man erhält die genauen Koordinaten. Oder Sie fragen einen Vermessungsingenieur auf einer Baustelle, ob er für Sie einen Messpunkt mit Rundumsicht zum Himmel bestimmen kann, zum Beispiel an einer Landstraße oder einem Feldweg (meistens macht er das gerne). Dann können Sie diesen Punkt mehrmals mit Ihrem Gerät messen und das gemittelte Ergebnis mit der amtlichen Koordinate vergleichen.

Messung des Referenzpunktes

Eine einzelne Messung eines Punktes durch ein Consumer-GPS-Gerät ist ungenau. Die Abweichungen summieren sich auf mehrere Dutzend Meter. Durch Mehrfachmessungen (Scatter-Plots) und EGNOS sind Verbesserungen möglich. Die besten Ergebnisse werden mit Differential-GPS-Geräten erzielt, die aber wesentlich teurer sind.

Exakte Referenzpunkte können auch mit Langzeitmessungen erstellt werden. Dazu benötigt man einen exakt bestimmbaren Punkt auf freiem Feld mit freier Sicht zum Himmel

Einfache Methode

Wenn Ihr Gerät einen Modus hat, der nur alle Minuten einen Punkt speichert (manche Geräte tun das automatisch, wenn sie nicht bewegt werden), dann können Sie das Gerät einfach auf den Referenzpunkt legen und ihn nach 10 Stunden (solange die Batterie funktioniert) wieder abrufen. Aus dem Logfile berechnen Sie den Mittelwert. Damit mittelt man alle Satelliten- und Wetteranomalien aus und erhält (auf dem freien Feld) eine submetergenaue Position.

Komplizierte Methode

Wenn Ihr Gerät keinen Minutenmodus hat, können Sie ein ähnlich genaues Ergebnis erhalten, indem Sie mehrere Punkte zu mehreren Zeitpunkten messen und dann den Mittelwert berechnen.

Markieren Sie auf einer freien Fläche (oder einem Plan davon) Aussichtspunkte, die ein paar Dutzend Meter voneinander entfernt sind und jederzeit zweifelsfrei wiedergefunden werden können. Geeignete “Kalibrierungsflächen” sind: große Parkplätze mit Entwässerungsrinnen, Strand an der dänischen Nordseeküste mit Restbunkern, Sportplätze mit festen Markierungen, z.B. Tennis, usw.

Messen Sie die Entfernungen zwischen allen Punkten (Dreiecken) mit einem Maßband oder einem Laserdistanzmessgerät.

Messung mit GPS

Bestimmen Sie die Positionen dieser Punkte mit Ihrem GPS: Befestigen Sie das Gerät mindestens eine Minute lang unbeweglich an jedem Punkt. Wiederholen Sie die Messung zehnmal im Abstand von mindestens 90 Minuten, um unterschiedliche Satellitenkonstellationen und möglicherweise unterschiedliche atmosphärische Bedingungen zu haben. Für einen solchen Versuch benötigen Sie also 15 Stunden.

Berechnen Sie den Durchschnitt der einzelnen Streudiagramme:

Summe LAT / Anzahl der Punkte im Streudiagramm = LAT[Durchschnitt]

Summe LON / Anzahl der Punkte im Streudiagramm = LON[Durchschnitt]

Einige GPS-Geräte haben dafür eine eingebaute Funktion. Oder Sie loggen sich ein, speichern als Tabellenkalkulation und lassen es automatisch berechnen.

Wenn Sie es genau wissen wollen, machen Sie 20 Messungen an jeweils nur der Hälfte der Punkte. Das schließt einen möglichen regulären Fehler aus, bei dem durch langfristige atmosphärische Störungen alle Messwerte in die gleiche Richtung verschoben sein könnten.

Korrektur der Messwerte

Zu Beginn und manchmal auch am Ende einer Messung zeichnet das Gerät “falsche” Punkte (z.B. Restbewegungen, Einschaltfehler, Satellitensuchfehler). Diese lassen sich durch Statistik-Programme und/oder grafische Darstellungen gut ermitteln. Solche systematischen Fehler können dann aus der Messreihe gelöscht werden.