GPS, Straßenbau, Fertiger

Ortungsverfahren im Straßenbau

Die Funk- und 3D-Technologie erhält immer mehr Einzug im Straßenbau. Angefangen von der Land-Vermessung …

…über 2D und 3D Anwendungen für Grader, Bagger, Raupen und Straßenfertiger.

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Grundsätzlich unterscheidet man zwischen drei unterschiedliche Ortungsverfahren:
  1. Satellitenortung (GPS, Galileo, GLONASS)
  2. GSM-Ortung (Zellortung, Handyortung)
  3. Nahfeldortung (WLAN, Bluetooth, Peilung)

 

Satellitenortung via GPS

  1. Satellitenortung GPS (Global Positioning System )

Satelitten GPS, 3D, Straßenbau

Das in Deutsch „Globales Positionsbestimmungssystem“ (offiziell NAVSTAR GPS), ist ein globales Navigationssatellitensystem zur Positionsbestimmung. Es wurde ab Anfang der1970er-Jahren von dem US-Verteidigungs-Ministerium entwickelt und löste ab etwa E1985 das alte Satellitennavigationssystem NNSS (Transit) der US-Marine ab.

GPS war ursprünglich rein zur Positionsbestimmung und Navigation im militärischen Bereich bestimmt. GPS basiert auf Satelliten, welche via codierten Radiosignalen, ständig ihre aktuelle Position und Uhrzeit ausstrahlen.

Die Positions- und Geschwindigkeitsberechnung erfolgt auf Basis der Signallaufzeiten in dem jeweiligen GPS-Empfänger. Theoretisch sind dazu drei Satellitensignale ausreichend, welche sich oberhalb ihres Abschaltwinkels befinden müssen (da daraus die genaue Position und Höhe bestimmt wird).

Da aber in der der Praxis die GPS-Empfänger über keine Uhr verfügen welche genau genug ist um die Laufzeiten korrekt zu messen, wird deshalb das Signal eines vierten Satelliten benötigt. Mit diesem Satelliten-Signal kann dann die genaue Zeit im Empfänger bestimmt werden kann. Mit den GPS-Signalen lässt sich aber nicht nur die Position, sondern auch die Geschwindigkeit des Empfängers bestimmen. Dieses erfolgt allgemein über Messung des Dopplereffektes oder die numerische Differenzierung des Ortes nach der Zeit. Damit ein GPS-Empfänger immer zu mindestens vier Satelliten Kontakt hat, werden insgesamt 24 Satelliten eingesetzt.
Um eine hohe Genauigkeit von wenigen Zentimetern zu erziehen kommt im Straßenbau das sogenannte D-GPS (Differential GPS) zum Einsatz.

D-GPS hat nicht nur den Vorteil, dass es atmosphärische Störungen (Einflüsse) ausgleicht, sondern es schließt auch die so genannte künstliche Ungenauigkeit (selective availability, SA) aus. Bei diesem GPS Verfahren werden stationäre Sender verwendet, von denen die Positionen exakt bekannt sind.

Bei der Standort-Berechnung nimmt der GPS-Empfänger diese Sender als Referenz. Wobei diese aber nur für die Korrektur verwendet werden. Mit diesem Verfahren erreicht man bei Standard-Geräten, eine Genauigkeit von ca. 1 – 3 Meter. Je größer die Entfernung zur Referenz-Station, desto ungenauer wird die Messung mit der Korrektur. Hochqualitative Systeme werten zusätzlich die Trägerphase aus (wie z. B. bei geodätischen Empfängern üblich) und erreichen Genauigkeiten von wenigen Millimetern (± 1 mm bis ± 10 mm pro km Abstand zur Referenzanlage).

Eine andere Möglichkeit ist auch die Verwendung von virtuellen Referenz-Stationen. Die Korrekturdaten werden zum Beispiel von manchen Radio-Sendern der ARD mit dem RDS-Signal gesendet.

Die Satellitenortung wird in zwei Dienstklassen eingeteilt.

-Standard Positioning Service (SPS)

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für jedermann verfügbar

 

-Precise Positioning Service

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(PPS), nur für das Militär verfügbar (von ca. 0,01–5 Meter, bei der Verwendung von Differential-GPS)

 

Zur Verbesserung der Genauigkeit, dienen satellitengestützte Erweiterungssysteme wie: Satellite-Based Augmentation Systems, BAS: EGNOS in Europa, WAAS in den USA, MSAS in Japan und GAGAN in Indien.

  1. GSM Zellortung (Mobiltelefon-Ortung)

GPS, 3 D, Straßenbau

Die Genauigkeit einer reinen GSM-Zellortung ist abhängig von der von der Funkzellen-Größe des Mobilfunkbetreibers und kann zwischen ca. 30 bis 500 Meter betragen.

Als Faustregel gilt, dass in Städten/ Ballungsgebieten die Funkzellen engmaschiger und räumlich kleiner geknüpft sind als in ländlichen Gebieten. Daher, je kleiner eine Funkzelle ist, umso besser ist die Genauigkeit. Die Zellortung erfolgt im GSM-Netz selbst, in dem sich das Endgerät in eine GSM-Zelle einbucht und das Netz diese Information zusammen mit geographischen Daten an einem externen Ortungsdienst weitergibt.

Prinzipiell lässt sich die Genauigkeit dadurch erhöhen, dass unterschiedliche Triangulationsverfahren zwischen unterschiedlichen Funkzellen angewendet werden. Aber aufgrund ihrer Aufwendigkeit und Netzkapazität, wir in der Praxis in ganz wenigen Ländern auf dieses Verfahren zurückgegriffen.

 

  1. Nahfeld-Ortung (WLAN, Bluetooth, Peilung)

Bei der Nahfeldortung existieren zwei unterschiedliche Verfahren.

Nahfeldortung, GPS, Straßenbau

Im ersten versucht das Endgerät ein bekanntes Signal zuerkennen, wie z.B. einen WLAN Access Point oder einen Bluetooth Sender. Ist der Sender und dessen Position bekannt, so lässt sich allein aus der geographischen Nähe die eigene Position ermitteln.

 

Nahfeldortung, GPS, Straßenbau

Im zweiten Verfahren werden auch hier mehrere Sender durch Triangulation, zur Erhöhung der Genauigkeit, ausgewertet. Im Falle von Peilsendern handelt es sich i.d.R. um einen beweglichen Sender, und die Peilungsempfänger werden dem Sender nachgezogen.

 

Bei Sicherheitsanwendungen wird die GPS (Satelliten)-Ortung wahlweise mit GSM (Zellortung) als Rückfallsystem kombiniert. Dies ist aber nur möglich, wenn sich das jeweilige (mobile) Endgerät im eigenen Heimnetz befindet. Ein wesentlicher Unterschied zwischen GSM- und GPS-Ortung liegt in der Genauigkeit der ermittelten Positionsangaben.