Orientierung unterwegs

Eine Einführung in die Technologie der Navigation mittels Satelliten. Hintergrundwissen zu den Herausforderungen im Einsatz dieser Technologie. Das Konzept von Camino Europe zum einfachen Einsatz der modernen technischen Mittel, um ein optimales Reiseerlebnis zu erreichen.

Je näher man einem beliebten Ziel kommt, umso besser ist der Weg dorthin signalisiert. Gleichzeitig sind meist mehrere Leute auf demselben Weg an dasselbe Ziel unterwegs. Man kann so den Weg kaum verfehlen.

Ist man aber noch weit weg vom Ziel, fehlen die Wegmarkierungen meist und man ist völlig alleine unterwegs. Idealerweise greift man jetzt zur Wanderkarte 1:25`000, richtet diese mit dem Kompass aus und vergleicht die Karte mit den umliegend sichtbaren Landmarken. Man muss natürlich wissen, in welcher Gegend man sich gerade befindet, damit man das passende Kartenblatt wählt.

Ein Kartenblatt 1:25`000 deckt etwas 12 km ab. Für die Strecke von Konstanz nach Santiago de Compostela von 2340 km braucht man also 195 Kartenblätter. Jedes Kartenblatt wiegt 43 g. Das gäbe dann 8,385 kg Kartenmaterial für den gesamten Weg ab Konstanz.

So unterwegs zu sein, wäre völlig praxisfremd. Da kauft man sich doch einfach ein Büchlein mit der Wegbeschreibung und einigen Kartenausschnitten zu heiklen Passagen. Weniger Gewicht und deutlich preiswerter, als 195 Karten.

Das geht so lange gut, wie die Beschreibung und Kartenausschnitte in so einem Büchlein noch aktuell sind. Wurde eine Autobahn oder eine Trasse für eine Schnellbahn gebaut, hat man den Weg anders geführt und man muss improvisieren. Eine Überschwemmung, ein Erdrutsch oder ein Waldbrand erfordern ebenfalls eine Neuplanung des Weges. So ein Büchlein mit Kartenausschnitten hat eben seine Grenzen, denn es braucht zu viel Zeit, bis die Informationen in Form einer Neuauflage bei den Reisenden ankommen.

Deutlich aktueller ist man mit den Karten von Camino Europe unterwegs. Diese Karten werden täglich aktualisiert. Der Wegverlauf, der darauf eingezeichnet ist, wird korrigiert, sobald jemand eine Veränderung meldet. Sowas beansprucht aus technischer Sicht nur Minuten, doch da Freiwillige diese Aufgaben kostenlos übernehmen, sind Änderungen des Wegverlaufs meist erst am folgenden Tag in den elektronischen Karten eingetragen.

Druckt man sich jetzt diese Karten auf Papier aus, endet man wiederum bei einer grossen Menge Papier. Das kostet viel Geld und belastet die Umwelt unnötig.

Eleganter funktioniert die Suche nach dem richtigen Weg mit Hilfe der GPS-Navigation. Ein Navigationsgerät oder das Smartphone finden dank der GPS-Satelliten heraus, wo man sich gerade befindet und zeigen den passenden Kartenausschnitt dazu. Der Weg ist, sofern man mit den Daten von Camino Europe arbeitet, als farbige Linie markiert. So eine Linie nennt man GPS-Track.

Da man oft alleine unterwegs ist und kaum Leute trifft, die man fragen kann, macht es durchaus Sinn, wenn man über die Navigation mittels GPS etwas mehr weiss. So ist man der Technik nicht einfach ausgeliefert, sondern kann sich ihrer sinnvoll bedienen.

Eine ganz neue Methode

Ob die alten Ägypter, die Wikinger oder die grossen Entdecker, sie haben sich immer derselben Methode bedient, um zu navigieren. Es wurde immer ein Winkel gemessen. Der Winkel zwischen dem Polarstern und dem Horizont entspricht dem Breitengrad, auf dem man sich befindet. Kennt man die genaue Uhrzeit von Greenwich in England kann man aus dem Stand der Sonne, gemessen als Winkel zum Horizont, den Längengrad errechnen. Der Winkel zu zwei Landmarken, zum Beispiel Leuchttürmen oder Bergspitzen, ergibt ebenfalls eine klare Positionsangabe. Man misst diese Winkel mit präzisen optischen Instrumenten. Der Sextant ist ein solches Instrument. So zu messen funktioniert aber nur, wenn man beispielsweise den Horizont sehen kann. Bei Nebel kann man aber kaum etwas sehen und man muss auf bessere Sicht warten, bis eine Positionsbestimmung möglich wird. Das gilt natürlich auch, wenn man über Land unterwegs ist und sich in einem grösseren Waldstück befindet. Ohne Wegweiser und Landmarken fehlt es an Möglichkeiten zur Orientierung.

Mit einem Smartphone einen Winkel genau zu bestimmen ist gar nicht möglich. Man muss eine ganz andere Methode anwenden, um zu messen. Anstatt Winkel misst man bei der GPS-Navigation die Distanzen. Funksignale breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit, also 299792 Meter pro Sekunde aus. GPS-Satelliten fliegen in 20200 km Höhe rings um die Erde. Kennt man nun die genaue Zeit, die ein Funkimpuls von so einem Satelliten bis zum Smartphone in der eigenen Hand benötigt, kann man die Distanz zwischen Satelliten und Smartphone berechnen. Mit zwei Satelliten bekommt man an Stelle von zwei Winken einfach zwei Distanzen und kann daraus die eigene Position berechnen. Das würde ganz gut stimmen, wenn die Erde eine Scheibe wäre, doch da die Erde eine Kugel ist, ergeben sich zwei mögliche Standorte auf der Kugel, wenn man mit nur zwei Distanzen rechnet. Also nimmt man die Distanz zu einem dritten Satelliten dazu, um auf der Erdkugel die Position des Smartphones zu berechnen.

Nur an einer Stelle auf der Erde ergibt die Messung der Laufzeit von mindestens 3 Satelliten dasselbe Resultat. Werden nur die Werte von 2 Satelliten ausgewertet, ist an 2 Stellen auf der Erde der Wert identisch. Ohne die Messung eines dritten Satelliten ist also keine eindeutige Positionsbestimmung möglich.

Nur an einer Stelle auf der Erde ergibt die Messung der Laufzeit von mindestens 3 Satelliten dasselbe Resultat. Werden nur die Werte von 2 Satelliten ausgewertet, ist an 2 Stellen auf der Erde der Wert identisch. Ohne die Messung eines dritten Satelliten ist also keine eindeutige Positionsbestimmung möglich.

Da jeder Satellit genau weiss, wo er sich gerade befindet und eine extrem genaue Atomuhr eingebaut hat, kann er diese Informationen zur Berechnung dem Smartphone übermitteln. Die Uhr im Smartphone wäre dafür zu ungenau. Um das Resultat noch genauer zu machen, nimmt man das Zeitsignal eines vierten Satelliten als Zeitbasis. Somit benötigt man 4 Satelliten, um eine genauere Positionsbestimmung zu machen. Werden noch mehr Satelliten in die Auswertung der Daten einbezogen, wird das Resultat noch genauer. Mit der in jedem Smartphone verbauten Technologie liegt die Abweichung zur effektiven Position im Umkreis von etwa ±7 Meter. Auf die elektronische Karte im Smartphone projiziert sieht man also recht genau, wo man sich gerade befindet.

GNSS

GPS als Abkürzung für Global Positioning System ist eigentlich die Abkürzung für das amerikanische Satellitennavigationssystem. Somit ist GPS ein Markenname. Korrekt ist daher die Bezeichnung GNSS für Global Navigation Satellite System. Inzwischen gibt es weitere vergleichbare Systeme. Hier eine Liste davon:

GPS
NAVSTAR GPS, amerikanisches System

GLONASS
System der Russischen Föderation

Galileo
System der Europäischen Union

Beidou
System der Volksrepublik China

Nebst diesen, für Geräte im privaten Bereich nutzbaren Systemen sind noch mehrere für militärische Zwecke optimierte Systeme vorhanden. Deren Signale sind in der Regel verschlüsselt und können daher nicht genutzt werden.

Jedes dieser Systeme arbeitet im Endausbau mit etwa 30 Satelliten, die pro Tag etwa 2-mal die Erde umkreisen.

Neuere Geräte, also Smartphone und Navigationsgeräte, können gleichzeitig mehrerer Navigationssysteme auswerten. Sind es nur zwei Systeme, kann man bei Empfangsproblemen auf das bessere System wechseln. Die Genauigkeit lässt sich aber nicht steigern, da man nicht weiss, welches der zwei Systeme das genauere ist. Bei drei und mehr Systemen kann das Empfangsgerät bei nahezu übereinstimmenden Werten einen Mittelwert daraus bilden und so eine genauere Positionsangabe liefern. Das geschieht in der Regel automatisch.

Neuere Empfangsgeräte liefern in der Regel dank neu dazugekommenen Satellitensystemen bessere Resultate. Das von den Enkelkindern übernommene Smartphone ist also in dieser Beziehung wohl keine optimale Wahl für die sichere Navigation unterwegs.

In der Umgangssprache wird nach wie vor GPS als gängige Abkürzung verwendet, da GNSS von den meisten Leuten nicht als Abkürzung für die Satellitennavigation erkannt wird.

Jedes System hat seine Grenzen

Technische Systeme basieren oft auf einer ganzen Reihe von Kompromissen. So auch die Satellitennavigation. Diese Fakten können wir aber nicht beeinflussen. Sie genau zu kennen, bringt uns daher auch nicht viel weiter. Es hilft uns aber, zu erkennen, welche Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung zu beachten sind.

Abschattung des Funksignals
Schwere Regenwolken können das Funksignal der Satelliten zu stark dämpfen. Auch in einem Wald kann das Blätterdach verhindern, dass ein Signal das Empfangsgerät erreicht. Manchmal hilft eine kleine Änderung des Standorts, manchmal braucht es einfach etwas Geduld, denn die Satelliten umkreisen ja pro Tag 2-mal die Erde und verändern dadurch ihren Standort ständig. So taucht dann plötzlich der noch für eine genaue Positionsbestimmung erforderliche vierte Satellit hinter einem Berggipfel auf.

1 = Abschattung
2 = Abschwächung
3 = Reflexion

Reflexionen
Das Funksignal wird von Häuserwänden und Felswänden reflektiert. Damit legt es via Reflexion einen grösseren Weg zurück, als den direkten Weg vom Satelliten zum Empfangsgerät. Das ergibt dann rechnerisch eine falsche Position. Schon wenige Schritte weiter kann sich das schlagartig ändern. So erkennt man auch, dass Reflexionen die Messung beeinflussen.

d = direktes Signal
r = reflektiertes Signal

Ein reflektiertes Signal hat einen längeren Weg zurückgelegt, was bei der Berechnung der Position zu einem falschen Resultat führt. Die Software im GPS-Empfänger ist darauf optimiert, möglichst nur direkt empfangene Signale auszuwerten. Das gelingt aber nicht immer optimal und führt dann zu irreführenden Positionsangaben.

Eine Positionsbestimmung mit akzeptabler Genauigkeit erfordert direkte Sichtverbindung (d) zu mindestens 4 Satelliten gleichzeitig. Mehr sichtbare Satelliten führen zu einer genaueren Positionsbestimmung.

Lange Wartezeit

Wurde die Satellitennavigation längere Zeit nicht mehr genutzt, muss das Empfangsgerät zuerst alle relevanten Daten der im Empfangsbereich befindlichen Satelliten erfassen. Die Satelliten senden die für eine Messung erforderlichen Impulse wohl in sehr kurzer Folge, übermitteln aber die Daten ihrer aktuellen Position und Flugbahn nur in gewissen Zeitabständen. Da mindestens 4 Satelliten benötigt werden, um eine zuverlässige Messung zu erhalten, kann dies durchaus mehrere Minuten dauern, bis alle notwendige Informationen zusammengestellt werden können. Die im Speicher des Empfangsgeräts noch vorhandenen Daten passen inzwischen nur noch zu Satelliten, die längst hinter dem Horizont verschwunden sind und können daher nicht mehr genutzt werden. Je kürzer die Dauer ist, für die ein Empfangsgerät ausgeschaltet war, umso schneller sind wieder ausreichend Daten für eine Positionsbestimmung vorhanden.

Richtig navigieren

Wir sind zu einer Leistungsgesellschaft geworden. Wir vergleichen gerne unsere Leistung, sei es mit anderen Leuten, oder mit der eigenen Leistung in der vergangenen Woche. Die alte Stoppuhr wurde inzwischen aber durch Smartphone und Smartwatch abgelöst, wobei hier natürlich die GPS-Informationen noch ergänzend einfliessen.

Die Hersteller dieser Geräte kennen die Wünsche ihrer Kunden und haben darauf längst reagiert, indem die Konfiguration der Geräte im Lieferzustand schon für eine Leistungsmessung voreingestellt ist.

An Stelle einer sportlichen Leistung zu messen einen Weg zu finden erfordert aber andere Geräteeinstellungen. Wer sich nicht die Zeit dazu nimmt, wird auf der nächsten Reise enttäuscht sein von dem, was sein Satellitennavigationsgerät ihm an Unterstützung liefert. Wir geben an anderer Stelle auf dieser Webseite gerne einige Empfehlungen ab, wie Reisende die Einstellungen ihrer Geräte für Reisen optimieren können.

Ohne Daten keine Navigation

Selbständig kann ein Satellitennavigationsgerät herausfinden, auf welchen Koordinaten es sich befindet. In den meisten Navigationsgeräten ist schon bei deren Auslieferung auch eine elektronische Karte abgespeichert. Dem Smartphone muss man über eine zusätzliche App eine geeignete Karte verschaffen. Die Auswahl ist sehr gross, man findet im App-Shop sie von einfach und kostenlos bis luxuriös mit jährlichen Gebühren. Kostenlos bedeutet aber meist, dass man Werbung akzeptieren muss. Das Navigationsgerät oder das Smartphone wird in diesem Fall die Karte einblendend und so positionieren, dass eine Markierung auf dem Display den aktuellen Standort zeigt.

Die Karte zeigt auch alle Wege und Strassen in der näheren Umgebung. Allerdings weiss weder das Navigationsgerät, noch die installierte Karte, welchen Weg man an sein Ziel wählen möchte. Das muss man dem System aus Karte und Gerät schon selber mitteilen. Ein solcher Weg wird als Track-Datei mit der Endung GPX im Gerät gespeichert und dann als farbige Linie über das Kartenbild gelegt. Solange man sich auf dieser Linie bewegt, ist man noch auf jenem Weg, den man für sich gewählt hat.

Camino Europe liefert als kostenlosen Download für jede der über 700 Tagesetappen die passende Karte für den Internet-Browser und die dazu passende Track-Datei mit der Endung GPX, natürlich kostenlos und ohne Registrierung.

Passende Karten

Die Karten dienen einzig dazu, dem Benutzer zu zeigen, wo er sich befindet. Das Navigationsgerät bestimmt aus den empfangenen Signalen seine Position auf einer Kugel, der Erde. Wier die Oberfläche dieser Kugel beschaffen ist, Wasser, Wüste, Wald, Berge, etc. ist für die Positionsbestimmung nicht relevant.

Der Mensch will aber wissen, wo Wege, Strassen, Berge und Flüsse liegen. Um das sichtbar zu machen hinterlegt das Navigationsgerät eine Karte, so wie wir sie schon seit Jahren kennen. Dazu gibt es Strassenkarten, welche deutlich zeigen, was für ein Typ Strasse das ist und auch topografische Karten, die uns zeigen, wo Wiesen, Wald und Felsen zu erwarten sind. Bei einigen Systemen kann man zwischen dem Typ der Karte umschalten, andere Systeme zeigen eine Karte, die als Kompromiss aus allen verfügbaren Informationen zusammengestellt ist.

Hier die Karten von Camino Europe, Google Maps und eine Strassenkarte.

Routing

Das Navigationsgerät kann über die GPS-Daten keine Routen berechnen. Dies macht es lokal aus den Daten der geladenen Karte und den Informationen zu Start und Ziel, sowie dem gewählten Fortbewegungsmittel. Fussgänger werden so nicht auf Autobahnen an ihr Ziel geführt. Eine Route berechnen funktioniert also ohne GPS-Signal. Jede für ein Routing verwendbare Karte enthält alle erforderlichen Informationen und man muss nur noch Start und Ziel definieren.

Die Leistungen von Camino Europe

Camino Europe stellt für jeden Weg eine passende Route zum Download als GPX-Datei zur Verfügung. Dabei folgt man den traditionellen Pilgerwegen auf jenen Wegen, die dafür geeignet sind. Sehenswürdigkeiten werden besucht, was beispielsweise bei einer automatisch erstellten Route keinesfalls sichergestellt wäre. Die Oberflächen der Wege (insbesondere die Unterscheidung zwischen Asphalt und Naturbelag) sind farblich markiert. Steigungen und Gefälle sind in der Profilkurve ersichtlich. Zusammen mit der Länge einer Tagesetappe kann man sich ausrechen, wie lange man dafür unterwegs sein wird. Eine geschätzte Reisezeit ohne Pausenzeiten eingerechnet wird ebenfalls als Anhaltspunkt geliefert. Pro Tagesetappe wird eine eigene Übersichtskarte generiert.

Für die Smartphone-App oder das Navigationsgerät kann man sich bei jeder Tagesetappe auch den passenden GPS-Track herunterladen.

Eine sehr komfortable Möglichkeit bietet sich über den bei jeder Tagesetappe vorhandenen QR-Code der Outdooractive-App. Damit wird direkt die auf dem Smartphone installierte App von Outdooractive gestartet und der GPS-Track der betreffenden Etappe geladen.

Um einen sinnvollen Leistungsumfang dieser App nutzen zu können ist allerdings die kostenpflichtige PRO Version dieser App erforderlich.

https://www.outdooractive.com/de/pro.html

Je nach App, mit der man auf einem Smartphone arbeitet, kann man dazu auch noch optimierte elektronische Karten als offline Version laden. Das wäre dort interessant, wo durch den Download zusätzliche Kosten anfallen oder keine Versorgung eines Handy-Netzes vorhanden ist. Allerdings muss man dafür im Smartphone für ausreichend freien Speicherplatz sorgen.

Navigationsgeräte, zum Beispiel diejenigen von Garmin, werden mit Kartendateien geladen. Sie benötigen daher nie eine drahtlose Verbindung, sondern nur noch Sicht auf mindestens 4 Satelliten. Solche Kartendateien gibt es aus verschiedenen Quellen, inzwischen auch als kostenlose Version.

Einfach ein Gerät erwerben, sei es ein Smartphone oder ein Navigationsgerät, und dann ohne Vorbereitung abreisen, wird zu einer grossen Enttäuschung führen. Die durch die Satellitennavigation gebotene Unterstützung ist in einem solchen Fall minimal und kaum sehr hilfreich. Der Weg soll ja das Ziel sein, aber welcher Weg ist das?

Das Navigationsgerät im Auto arbeitet übrigens etwas anders. Anstatt sich auf den gewünschten Weg zu konzentrieren, sucht es laufend den besten Weg vom momentanen Standort zum gewünschten Ziel. Reisende würden mit dieser Methode dauernd besondere Sehenswürdigkeiten verfehlen, da das Navigationsgerät ja keine Instruktion, als keinen Track erhalten hat, um die Sehenswürdigkeit unterwegs zu besuchen.

Ohne Planung und ohne GPS-Track abzureisen ist also keine gute Idee.

Papier als «Plan B»

Wer sich nicht vollständig auf die GPS-Navigation verlassen will, kann natürlich zusätzlich eine PDF-Version der Karten und Beschreibung jeder einzelnen Tagesetappe herunterladen. Wir auch in den Booklets mit den Weginformationen sind bei Camino Europe ebenfalls Beschreibungen zu jeder Tagesetappe enthalten. Damit man aber nicht in einer Datenflut verloren geht, wurden diese Texte auf ca. 1000 Zeichen pro Etappe optimiert.

Mit GPS-Navigation, Datenbezug über Camino Europe und als Ergänzung zur eigenen Absicherung die PDF-Version ausgedruckt im Gepäck, hat man ein Maximum an Navigations-Informationen zur Verfügung. Camino Europe liefert diese Informationen völlig kostenlos und ohne Registrierung. Man muss sich dafür auch nicht von lästiger Werbung ärgern lassen.

Dein Weg

Die Elemente des Reisens bei Verwendung der GPS-Navigation zur Unterstützung:

Reisen so, dass der Weg und das Ziel zum unvergesslichen Erlebnis werden.

Aufzeichnung nutzen

Smartphone und Navigationsgeräte sind in der Lage, den zurückgelegten Weg auch als GPX-Datei aufzuzeichnen. Beim Smartphone muss man dazu in einer App diese Aufzeichnung aktivieren, bei vielen Navigationsgeräten ist die Aufzeichnung bereits bei der Auslieferung aktiviert.

Die so erhaltene GPX-Datei kann man an Freunde weitergeben, welche denselben Weg erleben möchten. Man kann sie aber auch nutzen, um bei Abweichungen des Weges von der bei Camino Europe heruntergeladenen Track-Datei die neue Wegführung an Camino Europe bekannt zu geben. Solche Korrekturen werden in der Regel innerhalb sehr kurzer Zeit auf die Webseite übernommen. Ein Tool zum Versand der Datei mit den korrekten Daten ist auf www.camino-europe.eu zu finden.

Die Plattform www.camino-europe.eu lebt dank der Solidarität spontaner Gönner, die uns mit ihrem Beitrag helfen, die Betriebskosten zu bestreiten.

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