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GPS ...

Ende 2005 habe ich mir mein erstes Navi gekauft, ein ASUS PDA mit einem reinen Auto-Navigationsprogramm. Meine Arbeitskollegen haben mich dann auf das Thema Fußgänger Navigation gebracht. Da ich schon immer einen Karten-Tick hatte, hat mich das Thema interessiert, obwohl ich damals keinen Bedarf hatte. Zum Wandern bin ich erst ein Jahr danach gekommen.

In der Anfangsphase habe ich dann ein paar Programme der "Billig"-Klasse gekauft und getestet und bin dann beim OziExplorer gelandet. Programme wie Fugawi und Touratech waren mir zu teuer.

Zu der Zeit (2006) hatten die meisten Programme keine eigenen Karten und man musste einen Riesenaufwand treiben um per screen dump Karten-Kacheln zu erhalten, die man noch zusammenfügen und kalibrieren (d.h. geo-referenzieren) musste.

Irgend wann war mir das dann zu viel und ich habe mir dann MagicMaps für PDA und PC zu gelegt, mit denen ich sehr zufrieden war, da die Programme sich auf das wesentliche beschränkten.

Garmin-Karten

Nach meinem späteren Umstieg auf ein Garmin begann für mich das Vektor-Karten-Zeitalter. Noch vor ich mich mit OpenStreetMap (OSM) befasste, habe ich meine erste Garmin Overlay-Karte aus einem Track erzeugt. Mit Overlay-Karte meine ich hier, Karten mit transparentem Hintergrund, die man auf die Basis-Karte legt. Den Prozess hierzu habe ich dann schnell automatisiert mit Hilfe der zahllosen OSM-Tools, wobei hier OSM nur als Zwischenprodukt vom GPS-Track zur Garmin-Karte ist.

Beispiel: Garmin Overlay-Karten aus Tracks

bsg        ebunt

Screen dump links: Overlay-Karte (rot) Biosphärengebiet-Kernzone (d.h. Sperrzone) und darüber eine Overlay-Karte (grün) mit den noch erlaubten Wege darin

Screen dump rechts: Overlay-Karte 3-Farben-Track, zur Verbesserung der Darstellung bei einem älteren Garmin-Etrex, bei ausgeschalteter Hintergrundbeleuchtung (zum Stromsparen!)

Beispiel: Garmin-Karte aus OSM-Daten

schlauch OSM-Karte Lizenz CC BY-SA

Screen dump einer schlauchförmigen OSM-Karte (Ausschnitt) für eine Radtour von Erbach bis Wien, für einen Speicher schwachen Garmin-Etrex Venture HC (mit nur 24 MB Speicher)

Garmin-Karten erstellen

Zum Erstellen einer Garmin-Karte, d.h. einer Karte die man auf ein Garmin-Navigationsgerät (Navi) spielen kann oder die man in Garmin fähigen Kartenprogrammen am PC verwenden kann, benötigt man mehrere freie Tools, die man manuell oder per Skript bedienen kann. Nachfolgend beschränke ich mich auf das wesentliche Prinzip, da es im Internet genügend Anleitungen gibt (z.B. für die All in one Karte). Für Fragen stehe ich gerne zur Verfügung (Kontakt).

Garmin-Karten aus Tracks und Garmin-Karten aus OSM Daten unterscheiden sich nur durch den ersten Schritt. Tracks müssen zuerst in das OSM-Format umgewandelt werden. Dies erfolgt mit GPSBabel.

Für eine Garmin-Karte aus echten OSM-Daten erhält man die OSM Daten von diversen Internet Seiten. Von Geofabik kann man die Daten nach Erdteilen, Ländern, Bundesländern und Regierungsbezirken erhalten. OSM Daten erhält man auch direkt bei OSM, wenn man am oberen Rand Export wählt. Der gewählte Ausschnitt beziehungsweise die gewählten Koordinaten bestimmen den Umfang der Daten. So kann man sich z.B. eine Karte von Ulm und Umgebung herunter laden.

(Bei Computerteddy und All in one Garmin Map kann man fertige Garmin-Karten herunter laden.)

Die OSM-Daten sind reine Text-Daten in einem XML Format. Die Daten beinhalten in wesentlichen nodes (Punkte), ways (Linien) und relations (Zusatzinformationen). Nodes beinhalten die Koordinaten, ways sind aneinander gereihte nodes und relations sind aneinander gereihte nodes und/oder ways und/oder relations. Nodes, ways und relationes können zusätzliche Information durch so genannte tags zugeordnet werden. Der tag Inhalt bestimmt z.B., ob eine Linie eine Straße, ein Fussweg, ein Teil einer Gebäudeumrandung oder ein Teil einer Waldumrandung ist.

Die OSM-Daten werden mit Hilfe eines Renderers in eine Vektor-Karte konvertiert. Renderer gibt es verschiedene. Für Garmin-Karten ist der Renderer mkgmap gebräuchlich. Mkgmap ist ein reines Kommandozeilen-Tool, dessen Kommandos entweder per DOS-Fenster oder per Skript eingegeben werden. Auf Details hierzu werde ich hier nicht eingehen, das ist vielleicht einmal eine extra Seite. Mit mkgmap und dem zugehörigen splitter werden die OSM-Daten zu Vektor-Kacheln gerendert. Das WAS und WIE wird dabei über style sheets beeinflusst. Die mkgmap style sheets, ebenfalls reine Textdateien, bestimmen, welche der tags der OSM-Daten gerendert und welche ignoriert werden. Für die ausgewählten tags wird noch der Darstellbereich der Objekte vom Zoom-Level und die Zuordnung der Objekte zu Typen definiert. In der Typ-File wird definiert, welcher tag mit welcher grafischen Darstellung (z.B. dicke rote Linie oder Parkplatzsymbol) und in welcher Reihenfolge "gezeichnet" werden sollen. Die Typfile kann via Online TypfileEditor (funktioniert derzeit nicht) erstellt/geändert werden. Mit cGPSmapper wird noch die erforderliche Übersichtskarte erzeugt.

Bei einer Vektor-Karte werden die einzelnen Objekte nach einander gezeichnet. Dies kann man auf einem Navi gut beobachten, wenn man einen großen Bereich ausgewählt hat und der Prozessor des Navi kaum nachkommt die Objekte zu "zeichnen". Die Reihenfolge bestimmt dabei, was am Schluss oben liegt (d.h. wichtig ist, z.B. Autobahnen) oder unten liegt (z.B. Flächen wie Wälder). Analog zu der Schichtung der Objekte innerhalb einer Vektor-Karte kann man ganze Karten übereinander schichten. Bei nicht transparenten Karten sieht man natürlich nur die oberste Karte und erst wenn man diese ausschaltet die darunter liegende Karte. Bei transparenten Karten, so genannten Overlay-Karten (dies ist kein allgemein gültiger Begriff !) kann man die Objekte des Overlays über der darunter liegenden Basiskarte sehen (siehe Beispiele weiter oben). Die Reihenfolge der Karten wird durch einen drawPriority Faktor bestimmt. Je größer der Faktor (max. 32) desto weiter oben liegt die Karte im Stapel.

Mit GMapTool oder MapSetToolKit kann man u.a. die drawPriority und Transparenz einzelner Karten verändern und einzelne Karten zu einem Karten-Stapel zusammen packen.

Ich hoffe dies dient als Anregung selber Garmin-Karten zu erzeugen und Karten-Stapel zu bilden.

OpenStreetMap

OpenStreetMap (OSM) ist ein Projekt mit dem Ziel eine freie, lizenzkostenfreie Weltkarte zu erstellen. Die Karten werden anhand von GPS-Daten, die man Vorort mit Hilfe eine Navigationsgerätes, einem gps-fähigen Smartphone, einem GPS-Datenlogger, ... aufgezeichnet hat, erstellt.

Derzeit beschäftige ich mich u.a. mit der Verbesserung des OSM-Datenbestandes im Ulmer Raum und auf der Schwäbischen Alb. Im Augenblick (Ende 2013) bearbeite ich Waldwege im Bereich Ulm. Der Tiefgang hierbei ist deutlich größer als bei jeder kommerzieller Karte. Der Informationsgehalt der OSM-Karten ist sowieso größer als in anderen Karten.

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Tiefgang der OSM-Karte ( Lizenz CC BY-SA ) am Beispiel Waldwege bei Ermingen. Der Bereich rechts oben ist noch unbearbeitet.

OSM Interessierte aus dem Ulmer Bereich können gerne den lokalen OSM-Stammtisch für Ulm / Neu-Ulm besuchen.

GPS Phänomene

Während meiner vielen GPS-Touren sind mir einige Besonderheiten aufgefallen, die ich im nachfolgenden kurz beschreiben will.

Schlechter Empfang

Die Darstellung der GPS Information bei schlechtem Empfang unterscheidet sich grundlegend in Abhängigkeit der Software-Integration des jeweiligen Navi. Garmin Navis haben eine sehr hohe Integration, d.h., die Darstellung ist schöner als mit niedriger Integration, im Fehlerfall aber teilweise schwerer zu interpretieren.

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Fall 1: Track (rot) und Plan-Track (blau) aus OziExplorer mit PDA. Während der Tour musste die Bildschirmanzeige gelöscht werden, damit die Karte wieder sichtbar wurde. Der schlechte Empfang ist hier offensichtlich. OSM-Karte Lizenz CC BY-SA

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Fall 2: Sehr schlechter Empfang mit Garmin in einer steilen Schlucht mit 200m hohen Felswänden. OSM-Karte Lizenz CC BY-SA

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Fall 3: Schlechter Empfang mit Garmin in moderater Umgebung (wenig steile Hügel max. 100m hoch). Der Empfang brach genau in dem Augenblick ab, als wir eine Pause machten. Das Garmin zeigte während der Pause an, dass wir auf der anderen Talseite sein müssten. Der so genannte "Genauigkeitskreis" am Garmin zeigte einen kleinen Kreis, also hohe Genauigkeit, an. OSM-Karte Lizenz CC BY-SA

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Fall 4: Schlechter Empfang mit Garmin in einer engen hohen Schlucht. Die Aufzeichnung war plötzlich seitlich versetzt und benötigte aufgrund der hohen Software-Integration lange, bis die wieder auf der richtigen Spur war. Hier ist die Darstellung nicht mehr offensichtlich und ggf. verwirrend, wenn man nicht eine entsprechende Erfahrung hat. OSM-Karte Lizenz CC BY-SA

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Fall 5: Schlechter Empfang mit Garmin in einem engen Talkessel. Das Garmin zeigte schlechten Empfang und auch keinen Empfang an. Die Aufzeichnung ist hier ca. 50m neben dem eigentlichen Weg. OSM-Karte Lizenz CC BY-SA

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Fall 6: Schlechter Empfang eines sehr guten Navi durch falsche Positionierung am Körper, so dass das Navi einerseits durch den Berghang und anderseits durch den Körper abgeschattet wurde. Der daraus resultierende Fehler ist größer als 50m. OSM-Karte Lizenz CC BY-SA

Garmin "Genauigkeitskreis"

Garmin Geräte zeigen mit einem blauen "Genauigkeitskreis" an, wie genau der Empfang ist. Die Definition dieses Kreises ist: 50% aller Messungen sind im Kreis. 95% aller Messungen sind in einem Kreis der doppelt so groß ist und 98,9% sind in einem Kreis mit 2,55 fachem Radius.

Das hat mit Genauigkeit nichts zu tun. Angezeigt wird, ob der Empfang stabil oder schlecht ist. Obiges Beispiel (Fall 3) mit der stabilen aber definitiv falschen Anzeige (kleiner Kreis) demonstriert dies eindeutig. Des weiteren schaltet sich die Kreisanzeige in Abhängigkeit der Karte um. Benutzt man nur die integrierte ungenaue Weltkarte, so ist der Kreis größer, obwohl die Karte keinen Einfluß auf den Empfang hat.

Kartengenauigkeit

Durch die Verbindung von Karten und GPS-Aufzeichnungen werden Kartenfehler offensichtlich. Wege sind nicht da wo sie sein sollen, es fehlen Wege auf der Karte oder Wege der Karte sind nicht mehr vorhanden. Insbesondere in Waldgebieten muss man mit solchen Überraschungen rechnen, wenn man eine, anhand einer Karte, geplante Tour macht. Auf so genannten generalisierten Karten, d.h. "aufgehübschten" Karten, wie z.B. Stadtpläne, muss man mit erheblichen Abweichungen im Abstand rechnen. Nachfolgend ein Vergleich verschiedener Karten, in dem die Wege der Karten bei hoher Auflösung nach gezeichnet wurden.

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GELB = Garmin Topo Karte nach gezeichnet
PINK = MagicMap Karte nach gezeichnet
ROT = OSM Freizeitkarte nach gezeichnet
WEISS = aufgezeichneter Track meiner Tour

Man erkennt sofort, dass der aufgezeichnete Track (weiß) der OSM-Karte (rot) folgt und die Garmin Karte und Magic Map Karte sehr ähnlich aber falsch sind. Die Abweichungen sind mehr als 50m. Zusätzlich zu obigen PC-Karten habe ich noch die Papierkarten Reutlingen / Bad Urach 1:35000 (Aufl. 2006) vom Landesvermessungsamt Baden-Württemberg und die Wanderkarte und Stadtplan 1:25000 bzw 1:10000 der Kurverwaltung Bad Urach rein optisch verglichen, die analog der Garmin/MagicMap Karte aussehen, da wohl alle auf den Geo-Daten des LVA basieren (die hier aber leider falsch sind !!!). Der Fehler der LVA Kartenbasis kann man sich z.B. in JOSM anschauen, bei dem man als Hintergrundkarte die Maps4BW vom LVA BW laden kann.

Kompassfehler

Ein elektronische Kompass ist schon eine feine Sache. Bekommt man aber Kompassrichtung und Kartenbild nicht sinnvoll übereinander, so sollte man, auch während einer Tour, den Kompass neu kalibrieren. Bei schlechter Kalibrierung, z.B. in ungünstiger Umgebung, kann es vorkommen, dass die Kompassnadel in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Mir ist das einmal passiert.

Aufzeichnungsfehler

Die Aufzeichnung eines GPS-Tracks hängt u.a. von den Einstellungen am Gerät ab. Beim Garmin kann man zwischen einer Entfernung und einer Zeit wählen. Die höchste Auflösung an meinem Garmin ist 10m bzw. 1 Sekunde. Alles was kleiner als der jeweilig eingestellte Wert ist wird "weg gebügelt". Für Mapping für eine Kartenerstellung sollte man möglichst eine kleinen Zeit-Wert wählen, da dadurch eine detailliertere Darstellung als bei einem kleinen Entfernungswert gegeben ist.

Höhenangaben

Höhenangaben zu einer Tour sind generell falsch! Vergleicht man die Höhenangaben zu einer Tour in unterschiedlichen Programmen und damit auch in unterschiedlichen Karten, dann unterscheiden sich die Angaben gravierend, sowohl in Track-Aufzeichnungen, als auch in Plan-Tracks, die am PC erstellt wurden. "Spikes" im GPS-Track, aber auch die ausgewählte Karte, beeinflussen das Ergebnis.

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Plan-Track in GPS-Track-Analysator zeigt "Spikes" mit 12000% Steigung auf 23cm Länge, was auf einen Positionierungs- oder Kartenfehler hin deutet.

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Das Löschen einiger extremen Punkte aus obigem Track verändert die Gesamthöhenangabe von 604.5m auf 526.2m gravierend.

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Die Zuordnung von SRTM-Höhenangaben anstelle der Bing-Daten verändern die Gesamthöhe von 525.2m auf 475.4m und das Steigungsprofil verändert sich farblich komplett.


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