Selbstversuch zur Genauigkeit von GPS

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Zitat von kg340@26.06.2006 - 17:08
Hallo MI KE 996,

wenns doch nur so einfach wäre ( für die GPS Handgeräte ).....

Bin schon mal gespannt auf Dein Ergebnis.

Jedenfalls ist die Diskussion darüber bis jetzt sehr interessant.

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Ich habe das "einfach" ja auch bewusst in Anführungszeichen gesetzt. Da ist schon ein Haufen Mathematik dahinter...

Ich fürchte, ich muss doch noch meine Frau überreden, den Beifahrer-Part zu übernehmen. Sie war ja nicht grundsätzlich abgeneigt, sondern es hatte mehr so diesen "Jaja, mach Du mal. Schön, dass Du ein Hobby hast..."-Tonfall.
Ein paar Jungs aus dem Porsche-Forum hätten zwar Interesse, wohnen aber zu weit weg...

Ciao,

Thomas

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Zitat von WilliL@26.06.2006 - 21:21
leider funktioniert der Link z.Zt nicht, werde es später nochmal versuchen..

Mir erscheint die Berechnung dazu viel zu komplex und zu rechenintensiv. Durch Schnittpunktberechnung der Radien diverser Sateliten ist einfach und schnell ein Punkt und eine Fehlerwahrscheinlichkeit bestimmt. Durch Tabellen kann man dann auch Rechenzeiten stark reduzieren, spart diese für komplexe Bildschirmdarstellungen und die FW nimmt weniger Platz in Anspruch. Die einzelnen Punkte werden bei vielen Geräten im Trackspeicher hinterlegt.
Mir erscheint es erheblich warscheinlicher, dass auf Grund dieser einzelnen Trackpunkte die Vektoren ermittelt werden.
Das 276c z.B. ist nach kurzer Zeit im Stand orientierunglos (mehrere Punkte an der gleichen Stelle - es benötigt Bewegung um sich "einzunorden"). Wenn zu jedem Sateliten die relativ Geschwindigkeit bekannt ist/war wäre Norden definiert.

BTW.. Vielleicht gibt es beide Varianten? Weiß jemand wie der Kompass den einige Geräte haben funktioniert?

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Ich habe den Link nochmal getestet, bei mir funktioniert er (zur Zeit).
Mal abgesehen davon, dass ich nicht weiß, wie Tabellen in diesem Fall überhaupt nützlich sein könnten, sind Tabellen zwar für den Menschen ein bequemes und übersichtliches Hilfsmittel, für einen Computer allerdings ist in einem Array zu suchen manchmal umständlicher und rechenintensiver als eine mittelmäßig komplexe Berechnung wie die in diesem Fall notwendige direkt durchzuführen. Außerdem haben die heutigen GPS-Empfänger Rechenpower ohne Ende, was man schon daran sieht, dass sie "nebenbei" auch noch das teils umfangreiche Kartenmaterial lesen, auswerten und anzeigen, was wesentlich rechenintensiver ist als die eigentliche Positionsbestimmung (was aber meist sowieso in getrennten Prozessoren abläuft...).
Die letzten Trackpunkte können für die Ermittlung der Momentangeschwindigkeit nicht herangezogen werden, weil sie logischerweise schon zulange zurückliegen. Wenn man aus dem Stillstand ruckartig losläuft, wird ja auch sofort beziehungsweise innerhalb der nächsten Sekunde die aktuelle Geschwindigkeit angezeigt, wie man leicht selbst überprüfen kann.
Die Erklärung, die ich im Web schon häufiger angetroffen habe, ist die, dass das Gerät mehrmals pro Sekunde die Position bestimmt und diese Punkte zusammen mit dem Dopplereffekt über einen Filter zu einer geglätteten Momentangeschwindigkeit verwurstelt. Man sollte nicht vergessen, wie stark sich Prozessorleistungen in den letzten Jahren entwickelt haben. War zur Zeit der Erfindung des GPS-Systems Mitte der 80er ein Prozessor vielleicht gerade eben schnell genug, einmal pro Sekunde die Position zu bestimmen, schafft ein moderner Prozessor das wahrscheinlich locker 20 mal pro Sekunde. Zum Vergleich: mein 386er Prozessor im PC von 1990, Gott hab ihn selig, hatte 40MHz, ein heutiger PC schafft ohne weiteres 3200MHz, ist also 80 mal schneller als die Prozessoren vor etwa 15 Jahren. Ähnlich dürfte sich das bei den GPS-Prozessoren verhalten.
Dass ein GPS ohne eingebauten Kompass orientierungslos ist, wenn es stillsteht, ist logisch und hat nichts mit "Dopplereffekt ja oder nein" zu tun. Wo keine Geschwindigkeit ist, ist auch keine Richtung, oder simpel ausgedrückt: es kann Dir nur sagen, dass Du Dich nach Norden bewegst, wenn Du Dich überhaupt bewegst. Das Gerät merkt ja nicht, wenn Du es in der Hand drehst, während Du stillstehst. Ein Auto-Navi hat neben dem GPS auch noch einen Kreiselkompass und ein Gyroskop, welches die Drehgeschwindigkeit des Autos um die Vertikalachse misst, so dass ein Auto auch ohne Satellitenempfang nicht hilflos ist.

Ciao,

Thomas

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Zitat von MI KE 996@26.06.2006 - 13:40
… beim Auto wird aus allen vier Rädern …. die jeweilige Einzelgeschwindigkeit jedes Rades als auch die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt, wobei dort auch noch der Lenkeinschlag mit eingerechnet wird, da ja kurvenäußere Räder einen weiteren Weg fahren als die inneren.

Es ist richtig, im allgemeinen Fall haben alle vier Räder unterschiedliche Geschwindigkeiten *).

Wenn man das berücksichtigen möchte (nach meiner Meinung nicht sinnvoll für einen Fahrer), dann muss man allerdings auch daran denken, nicht die Kinematik eines Punktes sondern eines Körpers zu betrachten.
Soll heißen, es gibt bei Bewegung auf allgemeiner Bahn nicht "die Geschwindigkeit“, sondern den momentanen Geschwindigkeitszustand. Dabei haben alle Insassen unterschiedliche Geschwindigkeiten (!!), und um es eine Spur deutlicher auszudrücken, selbst bei Beschränken auf eine einzige Person hat die linke Hand des Fahrers eine andere Geschwindigkeit als seine rechte.

Grüße
Bunav

*) Steigend sortiert: kurvern-inneres Hinterrad, inn. Vorderrad, äußeres Hinterrad, äuß. Vorderrad.

** N51.30° E6.59° (incl. SA) **
** iQue 3600 **
** GPSMAP 76Cx **

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Zitat von Bunav@27.06.2006 - 12:04
Es ist richtig, im allgemeinen Fall haben alle vier Räder unterschiedliche Geschwindigkeiten *).

Wenn man das berücksichtigen möchte (nach meiner Meinung nicht sinnvoll für einen Fahrer), dann muss man allerdings auch daran denken, nicht die Kinematik eines Punktes sondern eines Körpers zu betrachten.
Soll heißen, es gibt bei Bewegung auf allgemeiner Bahn nicht "die Geschwindigkeit“, sondern den momentanen Geschwindigkeitszustand. Dabei haben alle Insassen unterschiedliche Geschwindigkeiten (!!), und um es eine Spur deutlicher auszudrücken, selbst bei Beschränken auf eine einzige Person hat die linke Hand des Fahrers eine andere Geschwindigkeit als seine rechte.

Grüße
Bunav

*) Steigend sortiert: kurvern-inneres Hinterrad, inn. Vorderrad, äußeres Hinterrad, äuß. Vorderrad.

** N51.30° E6.59° (incl. SA) **
** iQue 3600 **
** GPSMAP 76Cx **

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Das ist natürlich absolut richtig, aber im Onboard-Navi wird ohnehin nur die für das Gesamtfahrzeug (oder meinetwegen für den Fahrzeugmittelpunkt) ermittelte Geschwindigkeit angezeigt, nicht die jedes einzelnen Rades. Ich wollte damit nur verdeutlichen, dass in den modernen Autos mit ABS und ESP die Bestimmung der Geschwindigkeit wesentlich komplexer (und genauer) ist als früher, als vom Getriebe aus einfach die Abtriebswellendrehzahl mechanisch auf den Tacho umgeleitet wurde.
Für meinen Versuch ist das jedoch unerheblich, da die Genauigkeit des GPS ja ohnehin bei "konstanter Geschwindigkeit" geprüft werden muss. Präziser müsste man formulieren "konstanter Geschwindigkeitsvektor", und das bedeutet sowohl eine konstanten Geschwindigkeitsbetrag als auch konstante Richtung, sprich: geradeaus fahren. Und dann drehen alle Räder gleich schnell.

Edit: nachdem ich kurz ein bisschen gerechnet habe, stellt sich heraus, dass selbst bei einer zügig gefahrenen Kurve von 250m Radius bei 100km/h (entspricht 0,31g) nur eine Geschwindigkeitsdifferenz von 0,2km/h herrscht zwischen Fahrzeugmittelpunkt und einem Punkt, der radial einen halben Meter von der Mitte entfernt ist (also das GPS vor der Nase des Beifahrers).

Ciao,

Thomas

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Zitat von WilliL@26.06.2006 - 21:21
Weiß jemand wie der Kompass den einige Geräte haben funktioniert?

Soweit ich weiß, aber nagele mich nicht darauf fest, besteht der Kompass aus drei rechtwinklig zueinander angeordneten Hall-Sensoren, welche das Erdmagnetfeld messen. Aus den drei Einzelwerten kann die Richtung des Magnetfeldes berechnet werden (und das ist sogar ziemlich einfach). Da das GPS außerdem die Lage des magnetischen Poles kennt (irgendwo in Nordost-Kanada, wenn ich mich nicht täusche), kann es zusammen mit seiner eigenen Position auch die Lage des geographischen Nordpoles bestimmen und die "true north"-Richtung dementsprechend auch im Display anzeigen. Drehst Du das Gerät nun in der Hand, stellen die drei Sensoren das durch veränderte Werte fest und korrigieren die Anzeige.

Ciao,

Thomas

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Zitat von MI KE 996@27.06.2006 - 09:09
Ein Auto-Navi hat neben dem GPS auch noch einen Kreiselkompass und ein Gyroskop, welches die Drehgeschwindigkeit des Autos um die Vertikalachse misst, so dass ein Auto auch ohne Satellitenempfang nicht hilflos ist.

Hi Thomas,

der Einsatz eines Kreiselkompaß in aktuellen üblichen Autos wäre mir neu.

Ein mit ESP ausgestattetes Auto hat für gewöhnlich (zumindest bei den von
BOSCH entwickelten Systemen) vier Radsensoren, ein Lenkwinkelsensor, ein Querbeschleunigungssensor und ein Drehratensensor um die Hochachse.

Je nach Ausstattung kommt noch ein Längsbeschleunigungssensor hinzu
(z.B. für Hillholder) und eventuell auch noch weitere Achsen für Beschleunigung
und Drehrate um weitere Komfort- und Sicherheitsfunktionen wie zum Beispiel die
Überschlagserkennung umzusetzen.

Bei Verwendung der Inertialsensorik zur aktiven Lenkunterstützung werden die
Sensoren dann für gewöhnlich auch noch redundant ausgelegt.

Die derzeit aktuellen Sensoren für die Ermittlung der Drehraten und
Beschleunigungen basieren auf Mikromechanik und nutzen ein
Masse-Federkonzept.

Durch Integration der Drehgeschwindigkeit erhält man zusammen mit
der Geschwindigkeit den Kurvenverlauf. Dieser wird mit der
Karte abgeglichen und daraus die aktuelle Position bestimmt.

Grüße Timo

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Zitat von MI KE 996@26.06.2006 - 12:40
Sette: Die Idee mit der Videokamera hatte ich auch schon, ist aber extrem aufwändig, da sie fest installiert werden müsste. Nicht umsonst habe ich Programme geschrieben, welche die Daten der GPS-Geräte in Echtzeit aufzeichnen. Das einzig schwierige ist in meinen Augen die "Aufzeichnung" der PKW-Anzeige, sei es Tacho oder Navi. In Echtzeit ist das natürlich nicht von Hand reinzuhacken, das ist klar. Deshalb habe ich in meinem Programm eine Funktion eingebaut, wo der Beifahrer im Moment der Ablesung einen Button klickt. Mit dem Touchpad eines Laptops kein Problem, denke ich. Dadurch wird die UTC-Zeit vom GPS ausgelesen. Danach kann der Beifahrer die abgelesene Geschwindigkeit in aller Ruhe eintragen. Wenn man also gerade eine konstante Geschwindigkeit fährt, klickt man zu einem beliebigen Zeitpunkt und trägt den Wert ein. So ist es später ohne weiteres möglich, den Wert anhand der UTC-Zeit den Mitschrieben der GPS-Geräte zuzuordnen. Es würde dann also so aussehen, dass man zwei kontinuierliche Zeitschriebe von den beiden Geräten hat, und dazu zu einzelnen geeigneten Zeitpunkten Werte vom Auto.

Hi Thomas,

verwende doch das Geschwindigkeitssignal auf dem CAN Bus.
Das Signal wird für gewöhnlich vom ESP oder ABS erzeugt und für die anderen
(interessierten) Busteilnehmer auf dem CAN-Bus gesendet.

Aber natürlich solltest Du nur dann wenn Du genau weißt was Du tust
den CAN-Bus anzapfen, da solch ein Eingriff in die Fahrzeugvernetzung
auch sehr gefährlich sein kann!

Grüße Timo

Mit einer Videokamera hat man doch schon 25 Bilder/s, da brauchts dann kein zusätzliches Foto mehr. Im Bildausschnitt braucht´s dann nur noch eine Uhr oder analoge Stoppuhr, um die zeitliche Zuordnung zu haben oder die Uhr der Kamera sehr genaus stellen.

Rainer

Zitat

Zitat von Tien@27.06.2006 - 22:43
Hi Thomas,

der Einsatz eines Kreiselkompaß in aktuellen üblichen Autos wäre mir neu.

Ich hatte den Text nicht mehr genau in Erinnerung, deshalb habe ich nochmal nachgeschlagen in meiner Bedienungsanleitung. Da steht:

"Für die Errechnung der Fahrzeugbewegung (besonders bei schlechten GPS-Empfangsbedingungen) werden die Radsensorsignale und ein im Navigationsrechner integriertes Gyroskop (ähnlich einem Kreiselkompass) ausgewertet."

Du hast also recht, das Gyroskop ist dann das, was Du mit "Drehratensensor um die Hochachse" umschreibst.

Den CAN-Bus direkt anzuzapfen ist natürlich eine technisch perfekte Lösung, aber aus Sicherheitsgründen habe ich nicht vor, in die Bordelektronik einzugreifen.
Die Ideen mit der Kamera (Video- oder Foto-) habe ich wie gesagt auch schon durchdacht, bin aber zu dem Ergebnis gekommen, dass einzelne Werte für den Quervergleich ausreichen. Mir ist die zeitlich genaue Zuordnung wichtiger, und eine Kamera auf die Sekunde genau mit dem GPS abzugleichen ist schwierig. Einen einzigen digitalen Wert vom Navi abzulesen sollte so fehleranfällig nicht sein. Außerdem würde ich eine sich hinter mir befindliche Kamera als störend und irritierend empfinden, wenn sie vom Beifahrer bedient wird und nicht fest installiert wäre.

Ciao,

Thomas

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Zitat von latscher@28.06.2006 - 11:53
Aber hat sich wohl eh erledigt...

Wieso?

Eine Schnittstelle zu einer Digicam zu programmieren ist auch nicht ganz ohne. Im einfachen Fall wird sie als Wechselspeichermedium erkannt. Dann könnte man das Fotoverzeichnis überwachen und bei Anlegen einer neuen Datei die Zeit vom GPS ziehen. Testweise könnte man wahrscheinlich auch den Zeitversatz zwischen Auslöser und Dateianlage bestimmen und später abziehen. Bei den meisten Kameras ist das aber deutlich schwieriger. In Viusal Basic 6 habe ich nur ein Steuerelement für eine serielle Schnittstelle, womit sich ein eTrex (und das NMEA-Protokoll im allgemeinen) freundlicherweise begnügt.

Ciao,

Thomas

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Zitat von latscher@28.06.2006 - 17:16
Weil du doch eine Kamera im Fahrzeug als störend empfinden würdest.

gruss

Ach so, ja klar. Aber deswegen kann man ja trotzdem drüber philosophieren.
Ich habe jetzt mal mein Programm in einem File Sharing Service gespeichert, es kann hier runtergeladen werden, falls es mal jemand begutachten möchte:

GPSComm.zip

Einfach entzippen und dann ausführen.
Dazu muss im eTrex (oder anderem Garmin-Gerät) das Interface auf "Text Out" und die Baudrate auf 9600 eingestellt werden. Das GPS muss auch eingeschaltet sein, bevor das Programm gestartet wird, da das Programm sofort mit der Suche auf den seriellen Ports anfängt, aber die Ports nur einmal von 1 bis 16 durchsucht. Wenn es dann nichts findet, muss es neu gestartet werden (ist halt als Einwegprogramm gedacht, also keine zu hohen Ansprüche stellen...). Wenn man den linken Knopf drückt, wird die UTC-Zeit vom GPS gespeichert. Was dann in das Textfeld in der Mitte eingegeben wird, kann mit dem Knopf zur rechten in eine Datei geschrieben werden.
Das Programm schreibt zwei Dateien in den Pfad, in dem sich auch das Programm selbst befindet: "Output.txt", welche die Echtzeit-Textausgabe des eTrex einfach mitschreibt, und "Log.txt", in welcher die oben beschriebenen manuellen Einträge festgehalten werden. Bei jedem Programmstart werden diese Dateien neu angelegt, also eventuell schon vorhandene Dateien werden überschrieben.

Ciao,

Thomas

Nachtrag:

Sollte jemand eine Fehlermeldung bekommen, dass die Komponente MSComm32.ocx fehlt oder nicht registriert ist oder so ähnlich, dann bitte diese hier runterladen:

MSComm32.ocx gezippt

und anschließend in den Ordner \system\ des Windowsverzeichnisses extrahieren.
Dann sollte es laufen.

Ciao,

Thomas

Irgendwie klappt der Download nicht... (Fehlermeldung kommt)

Könntest du mir das kleine Prog bitte mailen?

Edit: Was ist bei deinen Versuchen eigentlich herausgekommen?

Hallo,
tja, das Board war ja lange offline, und ich privat auch. Erst Urlaub, dann berufsbedingter Umzug nach Sarstedt bei Hildesheim. Es war also viel los bei mir, so dass ich mich in der Zwischenzeit seit Ende Juni um dieses Thema nicht weiter kümmern konnte.
Der Download wird nicht mehr funktionieren, da die Filesharing-Homepage die Datei nach ein paar Tagen löscht, wenn sie niemand runterlädt. Ich werde den Link also in Kürze nochmal aktualisieren.
Falls also jemand aus dem Bereich Hildesheim Interesse hat, am Versuch teilzunehmen, ist er herzlich willkommen. Das Wetter lädt im Moment allerdings nicht gerade dazu ein...

Ciao, Thomas

P.S.: Wenn die Differenz 215/260 wirklich durch glättebedingten Schlupf zu erklären gewesen wäre, hätte der Wagen die Autobahn nicht heile verlassen...

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Zitat von Canario@27.08.2006 - 21:02
Die Abweichung bei einem Porsche von Navi: 215km/h zu Tacho: 260km/h kann ich mir nur bei starkem Schlupf durch abgeschaltete Traktionskontrolle bei regennasser oder glatter Fahrbahn erklären.

Knapp 20% Schlupf? Du scherzt... Ein Dreher wäre unausweichlich. Ich würde die Unterschiede entweder durch einen Fehler in der Ablesung oder durch ein defektes GPS-Gerät erklären. Ich habe schon sehr, sehr oft das GPS im Auto mitlaufen lassen. Es hat immer gepasst (Tacho eilte immer um gleich viel vor). Ich habe es auch schon zweimal im Flugzeug getestet. Auch hier stimmten die angaben exakt (!) mit den Angaben, die live auf die Monitore geblendet wurden überein. Selbst die Höhe war auf +-10m immer sehr genau.