GPS. Global Positioning System

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1 GPS Global Positioning System Dortmund, Juli 2001 Quelle: Projektarbeit GPS von Mario Joseph und Christian Marquardt SS 2001 Ich bin peilbar, also bin ich Die Zeit der Orientierungslosigkeit ist vorbei! Prof. Dr. Heinz-Michael Winkels, Fachbereich Wirtschaft FH Dortmund Emil-Figge-Str. 44, D44227-Dortmund, TEL.: (0231) , FAX: (0231)

2 Inhalt Seite Einordnung: - Was kann GPS? 4 Geschichte: - Woher kommt GPS? 5 Die Kosten: - Wer bezahlt GPS? 9 Wer kontrolliert das GPS-System? 10 Wie funktioniert GPS? 11 Das Differenzial GPS 21 Die verschiedenen GPS Signalarten 23 Empfangsbeeinträchtigungen 27 Geplantes europäisches Satellitennavigationssystem 29 Anwendungsmöglichkeiten 31 2

3 Inhalt Seite Ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten -heute 33 Ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten -nahe Zukunft 37 Ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten -Visionen 38 Das Jahr 2019 Problem von GPS 39 GPS gehört die Zukunft 40 Quellenverzeichnis 41 3

4 Einordnung: - Was kann GPS? GPS Global Positioning System kann Antworten auf die folgende Fragen geben: Wo befinde ich mich genau? Angabe in 3D möglich, also auch Höhenlage Mit welcher Geschwindigkeit bewege ich mich fort? Zu Fuß Mit dem Auto Mit dem Flugzeug Mit dem Schiff Welche Zeit benötige ich für eine Strecke von A nach B? Ergibt sich durch die Geschwindigkeit und einer Streckenmessung 4

5 Geschichte: - Woher kommt GPS? Die Wurzeln von GPS liegen im militärischen Bereich Die USA wollte im Zuge ihres Weltraumrüstungsprogramms SDI (Strategic Defense Initiative) eine weltweite Lösung der Navigationsprobleme Sie wollte weltweit ohne bodengestützte Navigationssysteme militärische Aktionen durchführen Echtzeitpositionierung militärischer Fahrzeuge zu Wasser, auf dem Lande und in der Luft Steuerung von Lenkwaffen Dieses System sollte unerreichbar für jeden potenziellen Feind sein unstörbar sein zentral steuerbar sein 5

6 Geschichte: - Woher kommt GPS? Entstehungsgeschichte / Die Vorgänger von GPS Die Idee entstand schon im 2. Weltkrieg Bessere Navigation über Feindesland Bessere Navigation bei Nacht Entwicklung von hochentwickelten Systemen Basierend auf Radiosignalen Nachteile: Anfällig gegen Störungen Sendete selbst Signale aus (Ortung möglich) Ungenaue Messungen der Position Große Geräte nötig TRANSIT System (USA) Satelliten Navigationssystem in den 60er Jahren entwickelt Entwickelt von der US-Navy 6

7 Geschichte - Woher kommt GPS? Entstehungsgeschichte / Die Vorgänger von GPS Nachteile: Exakte Messungen nur über längere Messdauer möglich Global sehr schlechte Abdeckung mit Satelliten Exaktes Signal nur alle Minuten möglich Zwischenräume mussten durch Interpolation errechnet werden NAVSTAR GPS (USA) NAVigation Satellite Time And Range Global Positioning System Weiterentwicklung von Transit ca Erster Satellit (sog. Block I Satellit) 1989/90 sollte das GPS-System voll einsatzfähig sein, aber Verzögerung: Durch technische Probleme (u.a. Challenger Absturz) Durch unerwartet hohen finanziellen Aufwand 1990 war allerdings Navigation auf See aufgrund fehlender topographischer Hindernisse möglich Bedingte Betriebsbereitschaft 1994 Offiziell endgültige Funktionsfähigkeit 17.Juli 1995 Zur Funktionsfähigkeit war eine globale Abdeckung mit 23 Satelliten nötig Hinzu kamen zunächst 3 aktive Reservesatelliten Zur Verbesserung der Qualität bzw. Genauigkeit wurden weitere Satelliten hinzugefügt Bis 1996 hat sich die Zahl der benutzten Satelliten auf 26 erhöht + 3 Reserve Heute sind es 26 aktive Satelliten (sog. Block II) + 8 Reserve (sog. Block IIa) 7

8 Geschichte - Woher kommt GPS? Parallelentwicklungen anderer Nationen Russland (bzw. ehemalige Sowjetunion) TSIKADA-System Äquivalente Entwicklung zu Transit (USA) GLONASS-System (GLObal NAvigation Satelite System) Äquivalente Entwicklung zu NAVSTAR GPS EUROPA (EU) bisher kein eigenständiges System GALILEO (Einsatz für 2007 / 2008 geplant) Nach eigenen Angaben GPS überlegen 8

9 Die Kosten - Wer bezahlt GPS? Die Benutzung von GPS ist weltweit (noch) kostenlos Die geschätzten Entwicklungskosten liegen bei 10 Milliarden Die geschätzten jährlichen Unterhaltskosten liegen bei 300 Millionen Die Kosten werden nach Beschluss der amerikanischen Abgeordneten von dem Department of Defense (USA) getragen Gründe: Ein so teures System sollte einem breiten Nutzerkreis zugänglich gemacht werden Deshalb wurde schon früh eine zivile Nutzung eingeplant (1984) Die US-GPS Industrie profitiert von dieser Technik Jahresumsatz der GPS Industrie 8 Mrd. US$ (Quelle Spiegel 19/2000) Bei einem eventuellen Nachfolge- bzw. Ergänzungssystem ist unklar, wer die Kosten trägt 9

10 Wer kontrolliert das GPS-System? Die Kontrolle liegt in der Hand der USA Zentrale Kontrolle von der Master Control Station in Colorado Springs Hinzu kommen Beobachtungsstationen auf der ganzen Welt, mit denen die Satelliten überwacht werden Die Master Control Station ist der Regierung der Vereinigten Staaten bzw. dem Verteidigungsministerium (DOD) unterstellt Die USA behält sich vor in Krisensituationen die private Nutzung in ihrer Genauigkeit zu verfälschen oder gänzlich abzuschalten Um Terroristenanschläge mit GPS-Unterstützung zu vermeiden Dem Feind nicht indirekt durch GPS Anwendungen zu helfen Selbst einen taktischen Vorteil zu erlangen Diese vollständige Kontrolle ist ein Unsicherheitsfaktor, die viele Anwender und Unternehmen verunsichert. Aus diesem Grund hat Ex-Präsident Clinton garantiert, das System nicht ohne Vorwarnung abzuschalten oder zu verfälschen. 10

11 Wie funktioniert GPS? Der GPS Aufbau lässt sich logisch in 3 Segmente unterteilen Raumsegment (Satelliten) Bodensegment (Kontrollsegment) Nutzersegment (Empfänger) 11

12 Wie funktioniert GPS? Das Raumsegment (Die Satelliten) Die Satelliten umkreisen die Erde in einer Höhe von km Höhe Die Umlaufbahn bilden 6 Orbitalebenen Die Orbitalebenen stehen in einem 55 Winkel zueinander, ausgehend von der Erdäquatorebene Auf jeder Orbitalebene sind mindestens 4 Satelliten positioniert Diese sind gegeneinander um 60 geneigt Die Umlaufzeit eines Satelliten um die Erde beträgt 12 Stunden Durchschnittlich sind 10 Satelliten oberhalb der 10 Beobachtungshöhe (Mindesthöhe über dem Horizont) sichtbar (sog. quasioptische Sichtverbindung) Die Lebensdauer eines Satelliten beträgt ca. 8 Jahre Alle Block I Satelliten sind aus diesem Grund bereits abgeschaltet oder ausgefallen Ein Satellit wiegt ca. 845 kg 12

13 Wie funktioniert GPS? GPS Satellitennetz Das Raumsegment (Die Satelliten) Jeder Satellit trägt: Ein Radio-Transceiver Hochpräzise Cäsium/Rubidium Atomuhr Diverse Mikroprozessoren Steuerequipment Antriebsystem zur automatischen Lagekorrektur Solarflügel als Stromversorgung Die primäre Aufgabe der Satelliten besteht im Senden von Signalen, die mit dem Bodensegment (Empfänger) empfangen werden können Die Ortung basiert auf der Laufzeitmessung der Funksignale von mindestens vier der NAVSTAR Satelliten Die Atomuhr ermöglicht es, genaue Positionskoordinaten zu senden Für die 3D-Positionsbestimmung werden drei Satelliten gebraucht, der vierte ist für die Zeitanpassung des Quarzoszillators zuständig 13

14 Wie funktioniert GPS? Das Raumsegment (Die Satelliten) Jeder Satellit sendet auf zwei Frequenzen Signale aus Die Signale befinden sich im L-Band Bereich Das 1. Signal wird mit L1 bezeichnet (1575,42 MHz) Das 2. Signal wird mit L2 bezeichnet (1227,60 MHz) Diese Signale werden als PRN Signale bezeichnet Jeder Satellit lässt sich so identifizieren Die Signale sind codiert Standortbestimmung mit Hilfe von Satelliten, hier mit der Minimalanzahl von 3 Satelliten Sie enthalten: Exakte Sendezeit Informationen über die Genauigkeit der Satellitenuhr Den Umrechnungskoeffizienten zwischen Satellitenzeit und UTC (Weltzeit = Universal Time Coordinated) Korrekturdaten Orbitalinformationen (Almanach und Ephemeriden) Sie werden auf Trägerfrequenzen aufgeprägt und mit geringer Leistung abgestrahlt Sobald der Empfänger 4 Satellitensignale empfängt, kann die Standortbestimmung beginnen 14

15 Wie funktioniert GPS? Das Bodensegment (Kontrollsegment) Aufgaben des Bodensegments Kontrolle des Gesamtsystems Datenverarbeitung und Datenübermittlung Bestimmung der Systemzeit (Atomuhr) Vorausberechnung der Navigationsdaten bzw. Steuerung der Satelliten Es gibt unterschiedliche Arten von Bodenstationen Das operationelle Kontrollsegment (OCS) bestehend aus der Master Control Station in Colorado Springs 3 Monitorstationen mit Bodenantennen in Diego Carcia, Asension und Kwajalein Sowie 2 Monitorstationen in Colorado und Hawaii Die Monitorstationen empfangen die Satellitensignale und berechnen Entfernungsdaten Die Entfernungsdaten werden an die Master Station weitergeleitet 15

16 Wie funktioniert GPS? Das Bodensegment (Kontrollsegment) Abweichungen werden gegebenenfalls ermittelt Eventuelle Bahnkorrekturen werden von der Master Station (Hauptkontrollstation) eingeleitet Die Korrekturen werden über die Bodenantennen der Monitorstationen an den Satelliten zurückgesendet Die korrigierten Daten sowie alle notwendigen Daten zur Positionsbestimmung werden an die Erde (den Empfängern) übermittelt 16

17 Wie funktioniert GPS? Das Nutzersegment (Empfänger) Die Erfassung von Satellitensignalen erfolgt durch den Empfänger bzw. dessen Kanäle Jeder Empfänger besteht aus den Komponenten: Antenne Vorverstärker Hochfrequenzeinheit Mikroprozessor Datenspeicher Stromversorgung Die Erfassung der Signale erfolgt durch die Antenne und wird als Akquisition bezeichnet Die Daten werden in den Vorverstärker geleitet und von dort zur Hochfrequenzeinheit Die Hochfrequenzeinheit ist die eigentliche Empfangseinheit, die die Signale identifiziert und verarbeitet Der Mikroprozessor steuert die Empfangseinheit und führt die Navigationsberechnungen durch Die Anzahl der Kanäle ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Empfängern 17

18 Wie funktioniert GPS? Das Nutzersegment (Empfänger) Für eine richtige 3D Ortsbestimmung reicht ein Empfänger mit 4 Kanälen aus Jeder Kanal kann einen Satelliten orten und die Signale Empfangen Die Bahndaten der Satelliten sind in jedem Gerät in einem sog. Almanach gespeichert Die Almanach-Daten werden laufend von den Satelliten gesendet Die neuen Daten werden im Empfänger gespeichert Alte Empfangsgeräte korrigieren ihren Almanach nur in gewissen Zeitabständen Ungenauigkeiten in der Ortsbestimmung sind die Folge Beim Einschalten des Empfängers sucht dieser, ausgehend von der letzten bekannten Position, nach den Satelliten im Orbit Dies kann unter Umständen länger dauern, vor allem, wenn das Gerät länger ausgeschaltet war Der Empfänger erzeugt, basierend auf den Almanachdaten, ein Signal gleicher Kennung und synchronisiert dies mit den empfangenen Daten Moderner Mehrkanalempfänger (9 Kanäle) der Firma Trimble 18

19 Wie funktioniert GPS? Das Nutzersegment (Empfänger) Empfänger mit mehr als 4 Kanälen haben viele Vorteile: Sie haben freie Kanäle zur Verfügung, um während einer Positionsbestimmung nach besser gelegenen Satelliten zu suchen Sie sind genauer, da immer die optimalen Satelliten zum Einsatz kommen Sie sind schneller, da sie auch bei Richtungsänderungen Kontakt zu mindestens 4 Satelliten halten können Moderne Empfänger verfügen über 8 oder sogar 12 Kanäle (sog. Mehrkanalempfänger) Günstigster Empfangsfall sind weit auseinanderliegende Satelliten Ideal zum Beispiel je ein Satellit im Norden, Süden, Westen und Osten Für Handheld GPS gibt es sogenannte Einkanal-Empfänger (sog. Multiplexempfänger) Diese Geräte arbeiten mit einem Kanal, der schnell (im Millisekundentakt) zwischen mehreren Satelliten springt Nur für Anwendungen mit geringer Dynamik ausreichend Es kommt bei der Wahl des Empfängers nicht nur auf die Anzahl der Kanäle an 19

20 Wie funktioniert GPS? Das Nutzersegment (Empfänger) Für die Berechnung der Laufzeit der Satellitensignale ist die genaue Zeit von großer Bedeutung Deshalb spielt die Qualität (Genauigkeit) der Uhr des Empfängers eine wichtige Rolle Empfänger verfügen über einen Quarzoszillator Atomuhren werden aus Kostengründen nicht eingesetzt Die Zeitschwankungen zwischen der Atomuhr des Satelliten und der Quarzuhr des Empfängers wird offset oder bias genannt Der Offset verursacht eine fehlerhafte Verschiebung in der Distanzmessung Diese Unterschiede werden mit Hilfe des 4 Satelliten weitestgehend korrigiert Modernes Hand-GPS integrierter Navigationssoftware Firma GARMIN 20

21 Das Differential GPS (DGPS) Entwickelt um die Genauigkeit von GPS zu verbessern Um die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu erhöhen, werden zu den Satellitensignalen noch zusätzlich Korrekturdaten benötigt Diese Korrekturdaten werden von einer Referenzstation erzeugt Referenzstationen sind an genau vermessenen Punkten angesiedelt und führen einen Soll/Ist Abgleich durch Korrekturdatenübermittlung für die Seefahrt Der Empfänger muss für das DGPS Verfahren geeignet sein, um die Daten im RTCM-Format (Radio Technical Commission for Maritime Services) zu empfangen 21

22 Das Differential GPS (DGPS) Netz der Referenzstationen an der Küste Europas zur besseren Schiffsnavigation Die Daten werden via Langwelle, RDS oder Mobilfunk (GSM) verbreitet Dieses Verfahren ist eigentlich zur Kompensation des S/A-Codes entwickelt worden, erfüllt aber auch nach Abschaltung noch seinen Zweck Die Genauigkeit von DGPS hängt von der Entfernung zum Korrektursender, sowie von der Signalqualität ab Seit 1997 betreibt das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) einen bundesweit zu empfangenden Langwellensender Abkürzung ALF (Accurate Positioning by Low Frequency) Standort Mainflingen nahe Frankfurt a.m. Zuverlässiger DGPS Empfang in Deutschland 22

23 Die verschiedenen GPS Signalarten Übersicht GPS-Signale P-Code C/A-Code DGPS GPS S/A-Code ohne S/A-Code DGPS GPS DGPS GPS C/A-Code:= ziviles Signal (Coarse Acquisition) P-Code:= militärisches Signal (Precision Code) S/A-Code:= Verfälschungssignal (Selective Availability) DGPS:= Signal-Verbesserungstechnik (Differential-GPS) 23

24 Die verschiedenen GPS Signalarten Der C/A-Code (Coarse Acquisition) Zur zivilen Nutzung freigegebenes Signal Weltweit (noch) freie Verfügbarkeit Kann mit frei käuflichen Geräten empfangen werden Nicht so genaue Positionsbestimmung wie beim rein militärischen P-Code Im Idealfall Genauigkeit im Dezimeterbereich Der C/A-Code wird über die L1 Trägerwelle übermittelt C/A-Code Genauigkeiten Des C/A-Codes S/A-Code ohne S/A-Code DGPS < 1m GPS < 100m DGPS dm-bereich GPS < 20m 24

25 Die verschiedenen GPS Signalarten Der P-Code (hochauflösender Präzisionscode) Nur für den US-Militärbereich zugänglich Kann nur mit militärischen Spezialempfängern empfangen werden Sehr präzise Ortsbestimmung möglich Auch ohne DGPS < 50cm Wird nicht von dem S/A Verfälschungssignal beeinflusst Wird sowohl über die L1, als auch über die L2 Trägerwelle übermittelt Der P-Code wird verschlüsselt gesendet Die Verschlüsselungstechnik wird als A-S (Anti-Spoofing) bezeichnet Der verschlüsselte P-Code wird auch Y-Code genannt Genauigkeiten des P-Codes DGPS <10cm P-Code GPS < 50cm 25

26 Die verschiedenen GPS Signalarten Der S/A-Code (Selective Availability) bewusste Einschränkung der Empfangsgenauigkeit des C/A-Codes Empfangssignal wird verfälscht Verstümmelung der Navigationsmitteilung der Satelliten in Bezug auf Uhrzeit (Signallaufzeit) Durch willkürliche Schwankungen in der Störungsbreite keine genaue Korrektur möglich Es wird versucht die Schwankungen statistisch abzuschätzen Der militärische P-Code wird nicht beeinflusst S/A-Code ist seit Anfang Mai 2000 aus ökonomischen Gründen abgeschaltet Kann technisch jederzeit, kurzfristig wieder von der zuständigen Kontrollbehörde (DOD) zugeschaltet werden Ungewissheit einer möglichen Zuschaltung verunsichert die Nutzer Wirkungsweise des S/A-Codes: Genauigkeit links vor der Abschaltung, rechts nach der Abschaltung 26

27 Empfangsbeeinträchtigungen bei GPS Lokale Einflüsse Dicht stehende und belaubte Bäume Abschattung der niedrig stehenden Satelliten Im Gebirge und in engen Tälern Vor hohen Gebäudefronten Abschattung von Satelliten Echoeffekte durch große metallhaltige Gebäude und Bauten Mehrfachreflektionen (Multipath) Bei mobilen Empfängern durch Gewitter In unmittelbarer Nähe großer Sender, Hochspannungsleitungen und Transformatoren Falsche Montage der Autoantennen Möglichst hoch und freistehend Falsches Halten des mobilen Empfängers Meist reicht es den Arm auszustrecken, um den Empfang zu verbessern 27

28 Empfangsbeeinträchtigungen bei GPS Nicht zu beeinflussende Signalbeeinträchtigungen Zuschaltung des S/A-Codes In Krisenfällen und vor dem Ungünstige Satellitenkonstellation Weniger als 4 sichtbare Satelliten (sog. quasioptische Sichtverbindung) Ausfall der Satellitensignale Hohe Ionenkonzentration in der Ionosphäre Hemmt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale Ist abhängig von: der Sonnenaktivität Tages- und Jahreszeit Höhe des Satelliten aus der Sicht des Betrachters Ungenauigkeiten der vorausberechneten Satellitenumlaufbahnen (sog. Ephemeridenfehler) Optimale Empfangsmöglichkeit besteht bei freier Sicht in alle Himmelsrichtungen und zum Zenit, guter Wetterlage und bei optimaler Satellitenkonstellation (4 oder mehr Satelliten sichtbar) 28

29 Geplantes europäisches Satellitennavigationssystem GALILEO Sicheres und leistungsfähiges Mittel zur Entwicklung neuer Dienste z.b. In der Verkehrstechnik Im Strafvollzug In der Fernmedizin In der Landwirtschaft In der Mobilfunk- und Internetindustrie Vorteile eines europäischen Satellitennavigationssystems Symbol für Stärke und Selbstständigkeit Europas in Raumfahrt Unabhängigkeit Europas von GPS (USA) und GLONASS (Russland) und deren willkürlichen Abschaltungen in Krisenzeiten Durch neue Forschungen bessere Technik und mehr Möglichkeiten als das veraltete GPS System Eventuell auch militärische Nutzung geplant (vor allem von Frankreich) Wirtschaftliche Marktchancen: Möglicher Umsatz in Deutschland durch Galileo (bez. auf die ersten 10 Betriebsjahre) 40 Mrd. Wettbewerbsvorteile europäischer Hightech Unternehmen Schaffung neuer Arbeitsplätze (laut EU Kommissionspräsident Prodi bis zu ) 29

30 Geplantes europäisches Satellitennavigationssystem GALILEO Finanzierung / Kosten (Schätzungen) Entwicklungsphase (bis 2005) 1,1 Mrd. Errichtungsphase (ab 2006) 2,1 Mrd. Davon soll die Wirtschaft 1,5 Mrd. Euro aufbringen Gesamtkosten werden auf weit über 5Mrd. geschätzt Der Wirtschaft soll GALILEO durch entgeltliche Dienste, zum Beispiel in der Automobil- und Telekommunikationsbranche, schmackhaft gemacht werden Noch ungelöste Probleme Welche öffentlichen und damit unentgeltlichen Aufgaben soll GALILEO wahrnehmen Welche Bereiche können wirtschaftlich gegen Entgelt betrieben werden Soll GALILEO als Projekt der EU mit Geldern der EU oder als Projekt diverser interessierter Länder verwirklicht werden Direkte Kooperationspartner in der Wirtschaft sind noch nicht gefunden In wie weit wird sich die Privatwirtschaft finanziell engagieren, wenn GALILEO militärisch genutzt werden soll GALILEO soll 2007 / 2008 einsatzbereit sein 30

31 Anwendungsmöglichkeiten: Anwendungsbereiche in Wissenschaft und Forschung Archäologie Seismologie (Geophysik) Glaziologie (Geophysik) Geologie (Kartierung) Lagerstättenkunde (Mineralogie, Geologie) Physik (Strömungsmessungen, Zeitnormalenmessung) Wiss. Expeditionen Ingenieurwissenschaften (z.b. Schiffbau, Bauwesen allg.) Kartographie Geographie Geoinformatik Forst- und Agrarwissenschaften Landschaftsökologie Geodäsie Luft- und Raumfahrtwissenschaften Nachrichtentechnik Synchronisation von Systemen zeitgestaffelter Nachrichtenübertragung Synchronisation in Gleichwellenfunknetzen 31

32 Anwendungsmöglichkeiten: Wirtschaft und Industrie Lagerstättenexploration Altlastensanierung Erschließungsarbeiten über Tage Positionierung von Bohrplattformen Trassenführung (Geodäsie allg.) Großflächige Lagerhaltung Automatisierter Containertransport Transportunternehmen, Logistik allg. (Luft-, Wasser- und Straßenfahrzeuge) Nachrichtentechnik Touristik Routenplanung und Punktselektion besonderer Bedeutung (Naturdenkmal, kulturhistorisches Denkmal) Orientierung allg. (Lehrpfade) Outdoor- und Trekking-Branche Land- und Forstwirtschaft Flächennutzung und -Planung Plantagenplanung und -bewirtschaftung Erntegeräte-Einsatz Saat- und Düngemittelausbringung Holzeinschlagsoptimierung Schädlingsbekämpfung Schadenkartierungen 32

33 Ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten: - Heute Überall dort, wo raumbezogene Geodaten eine wesentliche Rolle spielen, können GPS- Verfahren genutzt werden. Die heutigen Anwendungsmöglichkeiten der GPS- Technologie sind bereits vielfältig: Anwendungen im Bereich Transport und Verkehr Speditionen und Kurierdienste können Standort, Bewegungsrichtung und mit Softwareanbindung die Ladung von LKWs abrufen (genaue und aktuelle Sendungsverfolgung) Verschwundene Container können aufgespürt werden ( Container gehen jedes Jahr verloren ) Mit dem gleichen Prinzip können auch Bahnwaggongs weltweit geortet werden Gemeinsames Projekt Deutschland/Frankreich ist angedacht Autofahrer können unter Berücksichtigung aktueller Staus und Baustellen den... kürzesten Weg den sichersten Weg den schnellsten Weg...herausfiltern GPS als Diebstahl schutz Durch Einbau eines Senders ist weltweit eine genaue Ortung gestohlener Fahrzeuge möglich 33

34 Ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten: - Heute Anwendungen im Luftverkehr In der Flugsicherheit wird GPS seit längerer Zeit eingesetzt Hauptsächlich zur Positionsbestimmung in der Luft Schafft Übersicht für Flugsicherung Die Höhenangabe ist hier von entscheidender Bedeutung Es wird ein sehr genaues Signal benötigt GPS ist noch nicht als offizielles (D)GPS in der Luftfahrt primäres Navigationsmittel in der Luftfahrt zugelassen Eine GPS geleitete Landung ist aufgrund von Genauigkeitsschwankungen noch nicht möglich Aufgrund der hohen Geschwindigkeit muss der Empfänger sehr schnell Positionsdaten anpassen können Es sind bereit bis zu 50 Positionsbestimmungen pro Sekunde möglich 34

35 Ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten: - Heute Routenplaner mit GPS Anbindung In Fahrzeugen gehobenen Standards sind zum Teil serienmäßig GPS-gestützte Navigationshilfen integriert Unterschiedliche Routensysteme lassen sich auch für privaten oder kommerziellen Gebrauch nachrüsten Wegstreckenoptimierung und Standortkontrolle ist ein wichtiger Faktor für die Wirtschaftlichkeit von Kurierdiensten und Speditionen geworden Als Trägerfrequenz werden meist Radiokurzwellensender (z.b. WDR) oder Funknetze der Mobiltelekommunikation (D1, D2...) genutzt, da dadurch eine weitreichende Signalabdeckung mit Referenzsendern gewährleistet wird (DGPS) Das digitale Kartenwerk eines Routenplaners enthält spezielle Informationen bzgl. der Infrastruktur eines Gebietes und kann interaktiv an die Zielsetzung angepasst werden (z.b. Umgehung eines Staus) 35

36 Ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten: - Heute Routenplaner mit GPS Anbindung Routenplaner müssen im Auto nicht fest installiert werden Es besteht auch die Möglichkeit mit einem Laptop mit GPS Anbindung oder mit sogenannten GPS-Handhelds (PDAs) die Anwendungsmöglichkeiten auszunutzen. Diese Geräte haben den Vorteil der Flexibilität (Mitnahme möglich) Die PDA Geräte sind allerdings aufgrund des kleinen Displays und der relativ umständlichen Bedienung wenig komfortabel Aufgrund der geringen Kapazität in Bezug auf die Datenspeicherung sind PDAs nur mit den nötigsten Karteninformationen zu betreiben Diese handlichen Geräte werden in der Praxis hauptsächlich im Outdoor-Bereich wie zum Beispiel bei den Bergsteigern, im Mountainbike Bereich oder auch bei Autorennen (Paris- Dakar) eingesetzt. 36

37 Anwendungsmöglichkeiten: - nahe Zukunft Elektronisches Fahrtenbuch Vor allem für Vielfahrer Fälschungssicher Fast vollständig automatisch Genauere und größere Informationsmenge Automatischer Notruf Zum Beispiel im Auto an Airbag gekoppelt Für kranke und alte Menschen zu Hause Genaue Positionierung ermöglicht schnelles Auffinden Wird derzeit hauptsächlich von marktführenden Automobilherstellen vorangetrieben Schnellerer und sicherer ÖPNV Busse könnten auf grüner Welle fahren (Studie des Fraunhofer Instituts) Die Deutsche Bahn könnte ihr Streckennetz sicherer gestalten (hat aber noch kein Interesse bekundet) 37

38 Anwendungsmöglichkeiten: - Visionen ab 2005 gehört GPS zum Alltag Sogenannte find it all Geräte kommen auf den Markt Wo befindet sich mein Auto Die nächste Kirche Das nächste Museum Ein Restaurant Eine öffentliche Toilette Der Personal locater macht Personen ausfindig (Orwell lässt grüßen) Kinder können aufgefunden werden Wird heute schon versuchsweise von H&M in Jacken eingenäht Strafgefangene können lokalisiert werden Eine neue Form von offenem Vollzug ist möglich Außendienstmitarbeiter können besser eingesetzt werden Integration auch in Mobiltelefonen möglich Der kleinste GPS-Empfänger der Welt ist 30x30x6mm groß 38

39 Das Jahr 2019 Problem von GPS GPS week number rollover Die Datumsberechnung des NAVSATR-GPS Systems beruht auf einer Wochenzählung Start der Zählung Januar 1980 Die Wochenanzahl wird in einer 10bit Variablen gespeichert Dies ermöglicht maximal eine 1024 Wochen Zählung Das Maximum war am 22. August 1999 errreicht Der week number rollover hat die Folge, dass die Variable auf 0 vorspringt Einige Empfangsgeräte waren dadurch orientierungslos und mussten resetet werden Dies hatte einen Komplettverlust der Datenbank zur Folge Sowie zeitlich begrenzte Unbrauchbarkeit der Ortungsgerätes Dieses 2000 Problem von GPS wird im Jahr 2019 erneut auftreten 39

40 GPS gehört die Zukunft GPS wird sich zur herausragenden Technologie im Consumer-Bereich entwickeln und an die Erfolge der Telekommunikation im Mobilbereich und des Internet unmittelbar anschließen. Grundlage dafür ist, dass es sich bei GPS de facto um einen Weltstandard handelt, der bei sinkenden Produktionskosten von jedem nutzbar sein wird. (Quelle: Artivity Fine Media Consulting) 40

41 Quellenverzeichnis Berichte von der Internetseite Spiegel-Online vom 05. und 11. April Darf die EU Galileo scheitern lassen Eine Blamage für Europa Vorlesungsunterlage des Themas GPS Schweizer Internet Seite über GPS Bericht Die MAP&GUIDE GmbH aus der Zeitschrift CAS WORK, Ausgabe März 2001 Bericht Kleine Pfadfinder aus der Zeitschrift c`t, Ausgabe 4/2001 Verkehrstelematik Unterrichtsunterlagen der Lager- und Transporttechnologie, Seite Deutsche Internetseite mit Informationen über GPS Internetseite der Artivity Fine Media Consulting Internetseite der Firma Palm Consult 41

42 Quellenverzeichnis Bericht Der Satellit weiß alles Neue Westfälische Zeitung vom Deutsche Internetseite über Luftfahrtthemen Bericht Planungsunsicherheiten gefährden das GALILEO - Projekt, FAZ vom Bericht So entsteht die genauste kartographische Datenbank, FAZ vom April 2001 Bericht Konkurrenzkampf um GALILEO, FAZ vom 27.April 2001 Bericht GPS Optimismus wirklich angebracht von Jens Lehmann, Referent für fachliche Angelegenheiten des VDF Pressemitteilung der Deutschen Bahn Gemeinsame Forschung für die Bahn Zukunft vom

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