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18. April 2017 Comments (0) Anleitungen

Was ist GPS?

Wie funktionieren GPS-Geräte?

GPS steht für Global Positioning System – ein satellitengestütztes System zur weltweiten Positionsbestimmung.

GPS, das Global Positioning System, ist die modernste und sicherste Art, seinen aktuellen Standort zu ermitteln. Mit einem GPS-Gerät kannst du deine Position auf etwa 10–30 m genau bestimmen – für Trekkingzwecke völlig ausreichend. In den Augen mancher Trekker ist das GPS lediglich etwas für Expeditionen, für Polfahrten oder Wüstendurchquerungen. Das kann man so sehen – muss man aber nicht. Beim GPS verhält es sich wie bei den Navigationsgeräten in unseren Autos, die mittlerweile Standard geworden sind. Man kann meist ohne sie leben, aber sie machen das Leben in mancher Situation einfacher.

GPS wurde Ende der 1980er-Jahre entwickelt und war ursprünglich zur Positionsbestimmung und Navigation im militärischen Bereich (in Waffensystemen, Kriegsschiffen, Flugzeugen) vorgesehen. Heute wird es jedoch vermehrt auch im zivilen Bereich genutzt: in der Seefahrt, Luftfahrt, bei Navigationssystemen im Auto, zur Orientierung im Outdoor-Bereich, im Vermessungswesen, in der Landwirtschaft, im Sport.

Mit den GPS-Signalen lässt sich aber nicht nur die Position, sondern auch die Geschwindigkeit des Empfängers bestimmen. Die Bewegungsrichtung des Empfängers kann ebenfalls ermittelt werden und als künstlicher Kompass oder zur Ausrichtung von elektronischen Karten dienen.

Wie kommuniziert ein GPS-Gerät mit den Satelliten?

GPS basiert auf mindestens 24 Satelliten, die ständig Radiosignale mit ihrer sich ändernde Position und der genauen Uhrzeit ausstrahlen. Aus deren Signallaufzeit können GPS-Empfänger dann ihre eigene Position berechnen.

Um Ausfälle problemlos zu verkraften, sind bis zu 31 Satelliten gleichzeitig im Orbit.Bei der Standortbestimmung misst man die Laufzeit zu mindestens vier Satelliten.
Die Satelliten umkreisen die Erde jeden Sternentag (23 Std. 56 min.) zweimal in einer Höhe von 20.183 Kilometern.

Theoretisch würde jede dieser Entfernungen eine Kugeloberfläche um den zugehörigen Satelliten definieren. Zwei Kugeln schneiden sich in einem Kreis und drei Kugeln ergeben maximal zwei Punkte als Schnittmenge. Der Schnittpunkt von vier Kugeloberflächen ergibt maximal einen gültigen Punkt und somit den Standort des Empfängers.

Eine exakte Sychronisation der Uhren aller Satelliten und des GPS ist absolut wichtig. Denn die Laufzeit des Radiosignals vom Satelliten zum GPS-Gerät auf der Erde beträgt nur rund 1/15 Sekunde. Kleinste Abweichungen hätten da schon große Fehler bei der Positionsbestimmung zur Folge. Dazu sind die Satelliten mit Atomuhren ausgestattet, die die weniger exakte Quartzuhr im GPS-Gerät permanent synchronisieren.

GPS Kommunikation

Genauigkeit von GPS

Die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung mit GPS-Geräten lag ursprünglich bei 100 m. Die Satelliten waren allerdings vom US-Militär so konfiguriert, dass sie für die zivile Nutzung mit einer künstlichen Ungenauigkeit arbeiteten (Standard Positioning Service).

Seit Mai 2000 wurde die künstliche Ungenauigkeit vom US-Militär abgeschaltet; seitdem beträgt die Genauigkeit ca. 15 m.
Eine Erhöhung der Genauigkeit (auf 0,01 – 5 m) kann durch Einsatz von DGPS (Differential-GPS mit zusätzlichem Empfänger) erreicht werden.
Grenzen beim Einsatz von GPS: Abschattung

Die Ausbreitung der GPS-Radiosignale kann zum Beispiel von Bergen oder Gebäuden behindert werden. Im Gelände gibt es Stellen, an denen der Empfang nur schlecht oder überhaupt nicht funktioniert:

– Schluchten, Felswände oder steile Hänge.
– Dichte Belaubung (tropische Urwälder). In mitteleuropäischen Wäldern terten normalerweise keine Probleme auf.
– Schnelle Bewegung (Ski, Snowboard, Fahrrad). Die Positionsbestimmung wird dadurch erschwert, dass die sichtbaren Bereiche des Himmels stark wechseln.

Outdoor-Nutzung von GPS-Geräten

Es gibt zwei grundsätzliche Möglichkeiten, GPS-Geräte zu benutzen:

– Speichern einzelner Punkte:Nach dem Speichern des Ausgangspunktes oder eines sonstigen beliebigen Wegpunktes können Sie das GPS-Gerät ausschalten. Von jedem beliebigen Punkt der Tour können Sie diesen Punkt anpeilen. Das GPS-Gerät zeigt Ihnen die Route (Luftlinie zwischen zwei Wegpunkten zurück).
– Speicherung der gesamten Route: Eingeschaltet kann das GPS-Gerät den gesamten Routenverlauf exakt aufzeichnen (zurückgelegte Strecke, Richtungen, Höhe etc.). Dafür ist ein möglichst ununterbrochener freier Kontakt zum Himmel nötig (GPS-Gerät auf der Schulter oder am Rucksackträger befestigen; oder in der Deckeltasche des Rucksacks transportieren).

Orientierung mit GPS und Kartennutzung

– GPS-Geräte machen den Einsatz von Landkarten bei der Orientierung nicht überflüssig, erleichtern aber die Orientierung.
– Karten, die zusammen mit GPS eingesetzt werden, müssen zur exakten Positionsbestimmung GPS-kompatibel sein, da spezielle Kartendaten ins GPS-Gerät eingegeben werden müssen.
– Praktisch sind GPS-Geräte, in die sich digitale Karten einspielen lassen.

Die Koordinaten an denen man sich momentan befindet, nennt man Position. Für die Darstellung der Position gibt es zahlreiche verschiedene Formate (z.B. N 47° 35.53’E 007° 39.32‘). Die aktuelle Position lässt sich im GPS-Gerät abspeichern und wird dann zu einem Wegpunkt.

 

GPS GenauigkeitWegpunkte können abgespeicherte Positionen sein, an denen man sich einmal befunden hat. Die Koordinaten eines Wegpunkts können aber auch über die Tasten des Geräts eingegeben oder vom PC übertragen werden.

Jeder Wegpunkt kann üblicherweise mit einem kurzen Namen und einem Symbolversehen werden. Die meisten Geräte können zwischen 500 und 1000 Wegpunkte speichern.

Eine Route besteht aus einer Aneinanderreihung von bestehenden Wegpunkten in einer bestimmten selbst festgelegten Reihenfolge. Die meisten Geräte können eine oder mehrere (häufig zwischen 10 und 20) solcher Routen speichern, wobei jede Route je nach Gerät bis zu mehr als hundert Wegpunkte enthalten kann.

Wird die Route in der einen oder anderen Richtung (Anfang-zum-Ende oder Ende-zum-Anfang) zur Navigation aktiviert (“Goto” oder “Follow” Route), zeigt das GPS-Gerät die Richtung und Entfernung zum nächsten Wegpunkt auf der Route, folgt dieser Route also Punkt für Punkt.

Tracklog-Funktion: Während man sich bewegt, speichern die meisten Geräte in regelmäßigen Zeit- oder Entfernungsabständen die aktuelle Position in sogenannten “Tracklogs“ (wie im Märchen Hänsel und Gretel setzt das Gerät Markierungspunkte, die es vorwärts und rückwärts verfolgen kann).

Im Gegensatz zur Route, die nur die Luftlinie zwischen zwei Wegpunkten anzeigt, enthält der Track den tatsächlich zurückgelegten Weg.

 

GPS-Geräte auf der Trekking-Tour

Welche Art von GPS-Gerät man beim Trekking verwenden möchte, hängt zum einen von den eigenen Ansprüchen und Möglichkeiten sowie der Investitionsbereitschaft ab, zum anderen vom Zielgebiet und den damit zusammenhängenden
kartografischen Möglichkeiten. Grundsätzlich beginnen die angebotenen GPS-Geräte bei einem Preis von gut 100 Euro und erreichen aber auch Preisstufen von weit mehr als 400 Euro. Prinzipiell muss man auf Dinge achten, wie:

  • Netzfähigkeit
  • Bedienungsfreundlichkeit (z. B. mit eiskalten Fingern oder mit Handschuhen)
  • Speicherkapazität (z. B. für Landkarten oder Wegpunkte), Möglichkeit der Speichererweiterung
  • Landkartendarstellung im Display
  • Lesbarkeit (Sonnenlicht)
  • Nässeschutz
  • Gewicht
  • Stromverbrauch
  • Schnittstellen (z. B. zum PC zu Hause)

Wer sich für ein einfacheres Gerät entscheidet, das z. B. keine Darstellung von topografischen Karten ermöglicht, sollte in der Arbeit mit Karten entsprechend geübt sein, da er die Informationen des GPS-Gerätes (Koordinaten) noch auf seine kartografische Grundlage (z. B. topografische Karte) übertragen muss. Wer ein Gerät mit kartografischer Darstellung nutzt, hat im Idealfall die fast idiotensichere Variante gewählt, denn das GPS-Gerät zeigt auf seinem Display den aktuellen Standort auf einer im Idealfall in gut lesbarem Maßstab (z. B. 1 : 50.000) dargestellten Karte an. Man sollte Grundfähigkeiten im Kartenlesen mitbringen. Zwar liegen mittlerweile für viele Zielgebiete in Europa und Nordamerika digitale Karten vor, wer allerdings in etwas seltener begangene Zielgebiete reist, wird aktuell auf solchen Luxus noch
verzichten und sich mit der einfachen GPS-Variante begnügen müssen. Darüber hinaus kann ein GPS aber noch vieles mehr leisten, was auch so manches andere nachfolgend beschriebene Gerät eventuell überflüssig macht. Da das GPS aus den Satelliteninformationen jederzeit seinen Standort berechnet, kann es mit diesen Daten und dem kleinen enthaltenen Computer eine Vielzahl weiterer Informationen liefern, wie z. B.:

  • momentane Geschwindigkeit
  • Höhe über dem Meer
  • zurückgelegte Strecke
  • Geschwindigkeit (Durchschnitt, Maximum)
  • Wegaufzeichnung und damit Rückverfolgung
  • Datum und Uhrzeit
  • Auf- und Untergang von Sonne und Mond

Diese Liste ließe sich noch weiter fortsetzen. Lass dich fachlich gut beraten oder nutze das oben bereits angesprochene
Buch, das sich ausschließlich mit GPS beschäftigt. Die Investition lohnt sich.

Möglicher Einsatz von GPS-Geräten

Bei den meisten Outdoor-Sportarten spielt Orientierung eine wichtige Rolle. Der Einsatzbereich ist deshalb groß:

– Wandern/Trekking
– Radfahren/Mountainbike
– Skifahren/Skitouren
– Berglauf/Trailrunning/Orientierungslauf
– Gleitschirmfliegen
– Motorradtouren
– Off-Road-Touren mit Auto/Motorrad
– Kanu/Kajaktouren
– Segeln/Motorboot

 

Weitere hilfreiche Outdoor-Instrumente

Höhenmesser
In 90 % der Fälle ist ein Höhenmesser eine nette Spielerei, die dir sagt, auf welcher Höhe über dem Meeresspiegel du dich gerade befindest. In Einzelfällen kann diese Information für die Bestimmung Ihres Standorts durchaus wertvoll sein.

Gerade im extrem bergigen Gelände ist ein Höhenmesser eine ideale Ergänzung zu Karte und Kompass. Es gilt allerdings zu beachten, dass der Höhenmesser auf der Basis des Luftdrucks arbeitet. Das heißt, Luftdruckänderungen ändern den angezeigten Wert des Höhenmessers und da geht es gleich mal um 100 Höhenmeter.

Du musst das Gerät möglichst häufig unterwegs eichen, um zu verhindern, dass die Luftdruckschwankungen die Höhenangaben zu sehr verfälschen. Wer im Besitz eines GPS ist, kann auf einen separaten Höhenmesser natürlich verzichten, da ihm das GPS bereits diese Informationen zur Höhe liefert.

Schrittzähler
Für die Messung von Distanzen im Gelände gibt es als mögliches, allerdings etwas antiquiertes Gerät den Schrittzähler.
Dieses Gerät ermittelt über die Zahl der getätigten Schritte die zurückgelegte Entfernung. Das heißt, die Genauigkeit hängt davon ab, wie exakt du deine Schrittlänge einstellst. Darin besteht auch das Problem des Geräts.

Die Schrittlänge variiert natürlich, je nachdem, ob du bergauf, bergab, in der Ebene, in schwierigem oder leichtem Gelände wanderst. Du musst den Schrittzähler immer wieder korrigieren, um halbwegs zuverlässige Ergebnisse zu bekommen. Bei Wanderungen im Flachland halten wir einen Schrittzähler für durchaus interessant, aber für Touren in bergigem Gelände finden wir ihn eher verwirrend als unterstützend. Auch hier gilt, dass ein GPS diese Werte ebenfalls und zwar weitaus zuverlässiger liefert. Der Schrittzähler eignet sich mehr zum Joggen zu Hause als zur Orientierung auf der Trekking-Tour

Fernglas
Um sich im unbekannten Gelände zu orientieren, kann ein Fernglas oft helfen. Gerade im bergigen Gelände, wo die Sicht häufig nicht durch Bäume oder Büsche verdeckt wird, kann der Blick durch das Fernglas die Wegwahl an kritischen Stellen erleichtern. Darüber hinaus kann man mit dem Fernglas interessante Tiere beobachten.

 

Ähnliche Themen im Renner Magazin

 

Quellen und Nachweise

  1. https://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System
  2. http://www.magicmaps.de/produktinfo/gps-grundlagen/wie-funktioniert-gps.html
  3. http://www.gpswandern.de/

 

Mehr dazu in diesem Video:

Martin

Martin ist seit langem im RenenrXXL Team dabei und geht in seiner Freizeit am liebsten in die Berge oder fährt mit dem Rad.

Was ist GPS? Zuletzt aktualisiert: 29.11.2017 von Martin
 

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