Den Softwarepart hat sich der @field_hamster vorgenommen. In seinem neuen Blog GPS DEMYSTIFIED beschreibt er den Prozess, wie die empfangenen Daten decodiert werden können. In seinen ersten Posts erklärt er, was ein Gold Code ist (Identifier zur Erkennung der Satelliten und dem korrekten Datenempfang) und wie man aus dem Datenstream mit Hilfe eines simplen XOR-Tricks die GPS-Daten filtern kann, ohne einen Megaflop-Prozessor bemühen zu müssen.

Die Hardwarebasis ist das Kickstarter-Projekt KiwiSDR, das einen Xilinx Artix 7 FPGA auf einem Beagle Cape anbietet. Allerdings sollten sich die Ausführungen auch leicht auf andere Hardware transportieren lassen. So sind sie eine hervorragende Ergänzung zu dem Homemade GPS Receiver von Andrew Holme. Dieses Hardware Project basiert auf einem sehr preiswerten Spartan 3.

Michael Field (@field_hamster) hat darüber hinaus auch noch weitere Projekte auf Github, wie einen FPGA WebServer und FPGA GigabitTx. Eigentlich schon alle grundlegenden Module, die man für OpenDGPS bräuchte.

• alle Vermessungspunkte bundesweit,
• über eine einheitliche digitale Schnittstelle,
• in verschiedenen Koordinatensystemen,
• kostenfrei und
• zur kostenlosen Nutzung

verfügbar sein. Ganz offensichtlich leben wir ja nicht in einer idealen Welt und daher ist es nicht verwunderlich, dass einige dieser Wünsche als illusorisch darstellen.

Verantwortlich für die Messpunkte, respektive Vermessungspunkte sind die Länder. Und da Deutschland ein föderales System ist, gibt es keine zentrale Stelle die die Informationen sammelt.

Auch eine einheitliche digitale Schnittstelle oder auch nur ein und das gleiche System für die Abfrage der Daten gibt es nicht. Es gibt offensichtlich in keinem Land überhaupt eine Schnittstelle für die digitale Abfrage der Daten. Dass die Messpunkte noch nicht einmal einheitliche IDs haben versteht sich da schon fast von selbst.

Bei solcher föderaler Vielfalt versteht es sich schon fast von selbst, dass in verschiedenen Bundesländern auch verschiedene Koordinatensysteme geführt werden. Während irgendwo sonst das Gauß-Krüger-Koordinatensystem verwendet wird, setzt Berlin noch mindestens bis zum nächsten Jahr das Soldner-System ein. Wozu auch auf WGS84 umschalten? Das ist doch erst 30 Jahre alt und funktioniert ja nur hervorragend mit GPS/GNSS.

Wer bei solch einer Fülle von Ansprechpartnern und Umgebungsvariablen noch nicht die Lust verloren hat, an die Daten kommen zu wollen wird sich doch vielleicht endgültig von unkalkulierbaren Kosten abschrecken lassen, oder? Und tatsächlich sitzen die Behörden auf einem Schatz. Kein Mensch weiss, wie hoch der Wert dieses Schatzes ist und deswegen gibt es bei den Landesvermessungsämtern auch keine Preislist à la “… bis 5 Messpunkte im Monat sind umsonst, unter 100 kosten jeweils 0,15€ …”. Nein, man muss eine Mail schicken oder anrufen. Z.B. beim Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung (LGV) in Hamburg, Öffnungszeiten gibt es nur nach telefonischer Rücksprache. Die Mindestbestellmenge ist aber auf jeden Fall schon mal 50€.

Möglicherweise lässt man sich ja selbst von Kosten in unbekannter Höhe nicht abschrecken. Was aber nicht heißt, dass man die Daten, egal in welcher Form, wirklich bekommt. Denn “Auskünfte und Auszüge aus den Nachweisen der Grundlagenvermessung erhalten ausschließlich Vermessungsfachleute”. Wie der Nachweis über eine solche Befähigung zu erfolgen hat steht leider nirgendwo.

OpenData in weiter Ferne

Es wäre vermessen anzunehmen, dass Behörden von selbst auf die Idee kämen, ihre Schätze allen in einer einfachen Form zur Verfügung zu stellen. Diese Forderung ist schon deswegen illusorisch, weil Behörden schon für die Entscheidungsfindung, ob und wenn ja, wie sie dies tun sollten langsamer sein müssen als Firmen oder Organisationen. Daher ist es nicht verwunderlich, dass die Bahn dem Datenbefreier Michael Kreil mit Klage gedroht hatte als dieser deren Fahrpläne von der CDROM in ein offenes Format transformierte und öffentlich zur Verfügung stellte.

Aber wir sind dennoch optimistisch. So hat Berlin seit kurzem ein Portal in dem die OpenData-Angebote des Senats gebündelt sind. Und prinzipiell ist die Politik dem Gedanken aufgeschlossen und wünscht sich eine höhere Beweglichkeit der Verwaltung. Das wird zum Beispiel deutlich an dem Projekt GeoApps durch das Projekte gefördert werden sollen, die Daten der Vermessungsämter nutzen sollen und sinnvolle Anwendungen entwickeln sollen. Leider ist das Setup solcher Förderungen – vorsichtig ausgedrückt – mitunter etwas exotisch.

Hilfreiche Links: Liste der Landesämter

Mobiler GNSS mit DGPS-Verarbeitung für eine Genauigkeit von unter einem Meter auch in städtischen Gebieten. (Quelle: alberding.eu)

Einer der sinnvollsten Einsatzzwecke für Ortungsgenauigkeit im Dezimeterbereich ist sicher die Navigationsunterstützung für Blinde und Sehbehinderte. Das Projekt Guide4Blind hat sich zum Ziel gesetzt, Blinde neue Möglichkeiten der Bewegung im Tourismus zu eröffnen. Als eines der spannendsten Ergebnisse ist es dem Projekt gelungen, zusammen mit der Firma Alberding aus Schönefeld bei Berlin einen tragbaren GPS-Empfänger mit DGPS-Unterstützung zur Marktreife zu bringen.

Das Alberding A07 (Produktbeschreibung und Vertrieb) basiert auf dem NV08C und kann mit NTRIP-Daten über eingebautem GPRS umgehen und kommt so auch in bebautem Gebiet auf eine Genauigkeit von unter einem Meter. Über Bluetooth kann es die Positionsdaten an ein iPhone oder Android-Handy schicken. Es unterstützt neben GPS und Glonass auch Galileo.

Laut Microsoft könnten so funktionierende GMP-Module mit extrem wenig Strom auskommen. Es bleibt allerdings fraglich, wie der einzusparende Strom nicht komplett durch die dadurch notwendige Online-Verbindung aufgefressen wird. Prinzipiell wäre so auch eine OpenDGPS-ähnliche Lösung zur Verbesserung der Positiondaten möglich. Davon schreiben die Autoren des originalen Papers merkwürdigerweise nichts.

Der Start der Sojus-Rakete. (Video nach dem Klick auf spacelivecast.de)

Wenn wir bei OpenDGPS reden, meinen wir natürlich nicht nur GPS sondern beziehen implizit auch das russische System Glonass und auch das europäische Galileo ein (beide sind ebenso wie GPS für ein System verteilter Differenzstationen geeignet). Für Letzteres wurden gestern die Stalliten 3 und 4 ins All befördert. Damit kann der Testbetrieb aufgenommen werden. Ein ausführliches Video über den Start und mit Hintergrundinformationen unter anderem über Galileo findet sich auf spacelivecast.de.

Der Übertragungsweg ist im Prinzip egal. Wichtig ist, dass die mobile Station über einen GPS-Receiver verfügt, der seinerseits Zugriff auf die Rohdaten der Satelliten-Signale bietet. Das ist leider nur bei den wenigsten gegeben. Die mobile Station benötigt natürlich nur die Daten von den Satelliten, die es selbst grade sieht.

Der einfachste Weg, um die Daten an die mobilen Stationen zu bekommen, ist NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol). Es basiert auf http und kann relativ leicht als REST-Service mit XML/JSON umgesetzt werden. Falls auf der mobilen Station kein IP zur Verfügung steht kann man aber auch auf Funktechnik wie den NTX2 zurückgreifen.

Interessant ist, dass ein DGPS in bestimmten Situationen keine geeichte Basisstation benötigt. Entweder kann man die Daten – beispielsweise bei der Erfassung für OpenStreetMap oder der Vermessung eines Grundstücks – nachträglich korrigieren. Oder, man hat eine Situation – beispielsweise für einen lokalen Drohnenflug – in der es genügt, exakte Angaben lediglich in Bezug auf die Basisstation.

OpenStreetMap

Der wohl wichtigste Einsatzzweck dürfte natürlich die Erfassung von OpenStreetMap-Daten sein. Dieses unglaubliche Projekt zeigt die Power der Community. Während die meisten dieser Daten schon lange in mehr oder weniger guter Qualität in Amtsstuben vor sich hin schimmeln und nur gegen harte Währungen und nur unter unzumutbaren Lizenzen verwendet werden können hat die Crowd innerhalb weniger Jahre die Infrastrukur und die Daten für den freien Gebrauch geschaffen.

Mit Hilfe von OpenDGPS könnte die Datenqualität bereits bei der Erfassung erheblich verbessert werden. Fusswege, Eingänge oder Hydranten würden zukünftig fast blind zu finden sein. Wahrscheinlich könnte OpenStreetMap damit wesentlich bessere Daten haben als alle kommerziellen Dienste.

Autonome Copter und Rover

Eine begeisterte Community hat sich der Programmierung autonomer Copter oder Rover verschrieben. So findet beispielsweise am 5. Oktober in Berlin ein Workshop zum programmieren der AR Drone 2.0 unter node.js statt.

Bisher sind autonome Copter nur eingeschränkt einsetzbar weil die exakte Positionierung mit hohen Kosten für kommerzielle DGPS-Dienste verbunden sind. Auf der Basis von OpenDGPS könnten sich solche Geräte wesentlich besser orten. Insbesondere die Höhenangaben würden hilfreich sein. Interessant dabei ist, dass der Einsatz auch dann möglich ist, wenn in der Region kein verlässliches DGPS-Signal existiert. Mit Hilfe einer festen Station könnte der Copter oder Rover die relative Position ermitteln. Mit nachträglichem Prozessing der Daten liesse sich die genaue Flugbahn später ermitteln.

Übrigens würden autonome Drohnen mit exakter Positionierung sogar einen Fotoservice für OpenStreetMap ermöglichen.

Self-Monitoring

Eines der Buzzwords in Businessplänen der StartUp-Szene ist der Begriff des Self-Monitoring. Gemeint ist der Wunsch vieler Leute, Daten über das eigene Leben zu erheben. Egal ob das Gewicht, die gelaufenen Kilometer oder die aktuellen Nagellackkreationen, there is an app for that!

Grade für Sportler im Outdoor-Bereich ist die Speicherung der exakten Strecken interessant. Bergsteiger, die später in Google-Earth die Tour nachspielen können oder Segelflieger, die Kameraaufzeichnungen mit zentimetergenauen Angaben versehen können dürften sich über einen offenen DGPS-Dienst freuen.

Es dürfte noch viele weitere Möglichkeiten geben, OpenDGPS sinnvoll oder weniger sinnvoll einzusetzen. Egal ob Geocaching oder die Unterstützung von Hilfseinsätzen in Notfällen, letztlich entscheidet die Community was man daraus machen kann.

Ein normaler GPS-Empfänger ist ein recht nervöser Zeitgenosse. Ohne Korrektursignal springt die Position selbst dann, wenn man sich nicht bewegt.

Mit einem korrigierten Signal erreicht man – je nach Quelle – eine Genauigkeit von bis zu 2cm. Grade in unwegsamem Gelände (Häuserschluchten!) erhöht sich die Genauigkeit deutlich weil der Empfänger nur sehr wenige Satelliten sieht und Abweichungen (z.B. absichtliche Zeitverzögerungen) der einzelnen Signale sich besonders deutlich auswirken.

Für dieses Korrektursignal gibt es seit einigen Jahren sogar das Internetprotokoll Ntrip (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol). Die Daten werden dabei im Wesentlichen in einen HTTP-Stream verpackt auf Anfrage ausgesendet. In Deutschland gibt es dutzende Server, die die Korrekturdaten für verschiedene Positionen senden. Allerdings sind offensichtlich alle geschützt und/oder kostenpflichtig. Mit dem schönen Namen SAPOS (Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung) bieten die Länder verschiedene Dienste (siehe AdV) mit unterschiedlicher Genauigkeit an, die über unterschiedliche Medien übertragen werden. In Berlin sendet der RBB zum Beipsiel auf 88,8 ein Signal mit dem eine Genauigkeit von unter 2m berechnet werden können. Genauere Daten sind allerdings bei allen Bundesländern nur kostenpflichtig zu erhalten. Mit 10 Cent pro Minute dürfte es sich um den teuersten behördlichen Dienst überhaupt handeln.

Jetzt ist es aber nicht so, dass der Betrieb einer Referenzstation und die Bereitstellung der Korrekturdaten Raketenwissenschaft ist. Zwar wird dabei mit relativistischen Effekten gerechnet aber die Formeln sind bekannt und zum Teil als OSS (RTKLIB)  verfügbar. Inzwischen gibt es immer mehr Empfänger die sich dazu bringen lassen, die Rohdaten rauszurücken und bieten damit alles, was man als Referenzstation benötigt. Ein Set aus einem Navilock 551EUSB für ca. 30 € betrieben an einem Beagleboard für 150 € unter Ångström Linux, vernünftig kalibriert und mit dem Netz verbunden würde einen hervorragenden Ntrip-Server liefern.

Ein solcher Korrekturserver könnte jedes online verbundene Smartphone mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich ausstatten. Zusammen mit den inzwischen verfügbaren Gyroskopsensoren in aktuellen Androidgeräten und iPhones würden AR-Programme plötzlich wirklich Spass machen.

Es bleibt also die Frage, wer in Zukunft umsonst solche Referenzmessungen anbietet. Hallo Google? Hallo Nokia? Aber eigentlich ist es ja ein hervorragendes Crowdsourcing-Projekt.

Hier lang gehts zu weiteren Informationen:

• Einfache Einführung zu GPS: http://ivvgeo.uni-muenster.de/Vorlesung/GPS_Script/einfuehrung_historisches.html
• SAPOS Berlin: http://www.stadtentwicklung.berlin.de/geoinformation/sapos/
• Tobis Wendorff zu 40cm Low Cost Messung: http://openstreetmap.tobwen.de/fossgis2010_gps.pdf
• Beagleboard: http://beagleboard.org/
• User’s Guide ublox: http://www.zogg-jm.ch/Dateien/Update_Zogg_Deutsche_Version_Jan_09_Version_Z4x.pdf
• Navilock ublox5 GPS-Receiver bei Conrad: http://www.conrad.de/ce/de/product/372874/NAVILOCK-552ETTL-GPS-ENGINE-MODULE-TTL
• GPS-Community: http://www.kowoma.de/gps/
• OSS gpsd: http://gpsd.berlios.de/
• International verfügbare Ntrip-Server: http://www.rtcm-ntrip.org/home

[Disclaimer] Der Artikel erschien ursprünglich auf qrios.de. Dabei handelt es sich um den Blog von qrios, der sich hauptsächlich mit dem Thema Privacy und Netzpolitik beschäftigt.[/Disclaimer]