Navigation mit GPS

Unter Navigation mit GPS wird hier eine allgemeine Übersicht über GPS-Fragen für Radfahrer gegeben. Spezielle Fragen werden in gesonderten Artikeln behandelt.

Begriffserläuterungen

GPS ist die Abkürzung für "Global Positioning System": Spezielle Satelliten in einer Erdumlaufbahn senden ständig ihre sich ändernde Position und die genaue Uhrzeit. Die Antenne eines GPS Empfängers auf der Erde kann diese Signale empfangen und daraus die Position des Anwenders bestimmen. Schon mit einfachen Geräten kann die gegenwärtige Position mit einer Abweichung von wenigen Metern in Form von Angaben wie Längengrad, Breitengrad und Höhe abgelesen werden und ein Wegpunkt gespeichert werden. Darüberhinaus können Richtungsangaben gemacht und die aktuelle Geschwindigkeit ermittelt werden. Der Begriff GPS meint eigentlich das amerikanische Satellitensystem. Die Satelliten des russischen GLONASS-Systems können von einigen GPS-Geräten gleichzeitig genutzt werden (bessere Ausfallsicherheit und Positionsbestimmung).

Wegpunkt (Waypoint) ist eine eindeutige Positionsangabe. Er kann neben den Koordinaten (Breitengrad und Längengrad) weitere Informationen enthalten, wie die Höhe, die Zeit des Aufnahmedatums, oder mit Namen versehen werden. Aus Wegpunkten können Routen oder Tracks zusammengestellt werden.

Track bezeichnet eine Reihenfolge von Wegpunkten, die entweder mit einem GPS-Gerät aufgezeichnet werden (Tracklog) oder im Planungsprogramm gezeichnet werden. Ein Track dokumentiert einen zurückgelegten bzw. geplanten Weg, z.B. eine Radtour. Im Unterschied zur Route erfolgt mit einem Track keine automatische Routen-Neuberechnung. Ein Track enthält immer relativ viele Punkte, deren Anzahl bei manchen älteren und billigen GPS-Geräten stark beschränkt ist. Tracks werden oft im Dateiformat gpx abgespeichert und können so mit anderen Geräten und Nutzern ausgetauscht werden.

Route ist ebenfalls eine Menge an Wegpunkten die als Hilfsmittel zur Navigation eingesetzt werden. Die Wegpunkte einer Route dienen dabei als Zwischenstationen zu einem Ziel und werden entweder zuhause am PC erstellt und auf das GPS Gerät geladen oder direkt im GPS-Gerät berechnet. Sogenannte autorouting-fähige GPS Geräte können anhand der Karteninformationen, die in ihnen hinterlegt sind, einen Vorschlag für einen Weg, der über die Wegpunkte zum Ziel führt, machen. Routen werden - je nach GPS-Gerät und Software - unterwegs ständig neu berechnet. Eine gut geplante Route besteht - im Unterschied zum Track - aus relativ wenigen Wegpunkten. Weil Routenberechnungen von Kartenversion und Softwareversion abhängen, ist ein Austausch mit anderen Geräten und Nutzern zwar möglich, führt aber zu unerwarteten Ergebnissen.

GPS-Funktionen beim Radfahren

Outdoor-Fähigkeit

Outdoorfähige GPS-Geräte unterscheiden sich drastisch von den Navigationsgeräten fürs Auto und gewöhnlichen Smartphones: sie haben eine gute Halterung für die Lenkstange, sind schlamm- und wasserdicht, vibrationsfest, kompakt und laufen auch mit handelsüblichen Batterien oder Akkus. Die typischen Betriebszeiten je Akku- oder Batteriesatz sind dabei zwischen 20 und 40 Stunden. Alle diese Geräte lassen sich mit dem PC verbinden.

Basisfunktionalität

Zunächst kann man alle Funktionen eines normalen Fahrradcomputers erwarten, z.B. Tageskilometer, Durchschnitts- oder Momentangeschwindigkeit. Da aus dem GPS-Signal auch die Höhe ermittelt werden kann, zeigen die Geräte auch Momentanhöhe, gefahrene Höhenmeter, Aufstiegs- und Abstiegsgeschwindigkeit und Steigungen. Allerdings sind die Fehler bei den GPS-Höhenmetern und der GPS-Steigung so groß, dass gute GPS-Geräte sich dabei auf einen zusätzliches Barometer stützen.

Interessant wird es bei den Funktionen zur Navigation. Bei praktisch allen Geräten ist es möglich, vor Beginn der Tour am Rechner geplante Wege in das Gerät zu übertragen und abzufahren. Das sieht im einfachsten Fall so aus, dass man auf dem Gerät eine Kompassdarstellung hat, bei der ein Pfeil nicht nach Norden, sondern stets die Richtung des nächsten Zwischenziels (Wegpunkt) zeigt. Wesentlich komfortabler und inzwischen Standard sind die Geräte mit Kartendarstellung, da hier Position und Weg anschaulich dargestellt werden. Allerdings zeigen mitgelieferte Basiskarten oft nur wenige Details. Zusätzlich zeigen alle Geräte auch statistische Angaben zur verbleibenden Wegstrecke, zur verbleibenden Zeit bei der aktuellen Durchschnittsgeschwindigkeit etc. Leistungsfähigere Geräte bieten die Möglichkeit, mehr und längere Wege mit mehr Zwischenzielen auf dem Gerät zu speichern.

Eine weitere Basisfunktionalität besteht darin, interessante Punkte am Rechner zu markieren, ins Gerät zu übertragen und anzusteuern. Das können beispielsweise die Bahnstationen am Weg sein, Hotels oder touristische Attraktionen. Nützlich ist das zum Beispiel, wenn es unvermittelt zu regnen beginnt: mit wenigen Tastendrücken bekommt man eine Kompassanzeige, wie man am schnellsten ins trockene kommt, und wie weit es dorthin noch ist. Bessere Geräte erlauben das Speichern von mehr Punkten.

Ebenfalls sehr interessant ist die Tatsache, dass alle GPS-Geräte die gefahrene Wegstrecke fortlaufend aufzeichnen. Das heißt, man kann am Rechner hinterher auf ein paar 10 Meter genau feststellen, wann man wo genau gewesen ist. Man kann beispielsweise die gefahrene Strecke in Google Maps oder Google Earth anzeigen lassen, oder das Höhenprofil der Strecke auswerten. Da Digital-Kameras mit jedem geschossenen Foto auch die Aufnahmezeit in den EXIF-Daten mitspeichern, kann man auch ganz genau zuordnen, welches Foto an welchem Platz aufgenommen wurde. Bessere Geräte können eine längere Wegstrecke aufzeichnen.

Durch das automatische Aufzeichnen der Wegstrecke ermögliches es GPS-Geräte dem Anwender ebenfalls, eine einmal gefahrene Strecke in umgekehrter Reihenfolge zurück zum Ausgangspunkt zu verfolgen. Ein Verlaufen in großen Städten oder dichten Wäldern ist somit ausgeschlossen, solange die Batterien reichen.

Kartendarstellung

Die oben genannten Punkte kann man von jedem Outdoor-GPS-Gerät erwarten. Darüber hinaus bieten bessere Modelle die Möglichkeit, eine digitale Landkarte direkt im Gerät abzuspeichern. Das heißt, auf dem Display des Gerätes werden die geplanten und gefahrenen Wegstrecken sowie interessante Punkte in einer Landkarte angezeigt. Diese Landkarten sind separat vom Hersteller zu erwerben, und stellen einen beträchtlichen zusätzlichen Kostenfaktor bei der Anschaffung dar. Es gibt beispielsweise topografische Karten mit eingetragenen Höhenlinien oder Straßenkarten. Kartenformate sind nicht standardisiert und von Hersteller zu Hersteller verschieden, manchmal aber auch nur bestimmten (moderneren) Geräte vollständig nutzbar. Die Lizenz kostenpflichtiger Karten bindet eine Digitalkarte oft an ein bestimmtes GPS-Gerät. Je nach Lizenz kann es bei Gerätewechsel zu Mehrkosten für neue Karten kommen. Aus diesem Grund werden kostenlose und freie Karten auf Basis der OSM-Daten gerne verwendet.

Landkarten im Gerät sind auf zwei Arten nützlich: zum einen muss man seine Route nicht mehr unbedingt zu Hause am Rechner planen, sondern kann das auch unterwegs tun. Zum anderen enthalten diese Karten zumeist auch interessante Wegpunkte wie Bahnhöfe oder Campingplätze. Man kann also auf Reisen leicht 'ins Blaue' hinein fahren, und das Gerät nach der nächsten Unterkunft suchen lassen, wenn man müde wird.

Einfache Geräte mit Kartendarstellung haben einen fest integrierten Speicher mit begrenzter Größe. Bessere Modelle haben einen Speicherkarten-Slot, in den man beliebige Speicherkarten selbst einstecken kann (meistens µSD oder SD-Karten). Auf einer großen Speicherkarte kann man beispielsweise die Straßenkarte von ganz Europa inklusive eines Overlays aller Radfernwege mitnehmen. Die Geräte der neueren Generation verfügen meist über einen festen internen Speicher, sowie über einen Speicherkarteneinschub.

Auto-Routing

Einige Geräte erlauben es in Verbindung mit passend vorbereitetem Kartenmaterial, ebenso wie beim Auto, auch ein Ziel einzugeben, zu dem der Nutzer dann auf Straßen hingeführt wird. Das Gerät sucht also selbst im Kartensatz, wann der Fahrer wo abbiegen muss. Beim Fahrrad ist diese Funktion nur eingeschränkt nutzbar. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die angebotenen Kartensätze Straßenkarten sind. Rad-, Feld- und Waldwege sind teilweise lückenhaft enthalten. Ebenso fehlen oft Angaben zum Höhenprofil der Strecke. Das Gerät navigiert also ausschließlich auf Straßen, wobei es im Radfahrermodus Autobahnen auslässt und ggf. dicht befahrene Straßen meidet. Das Auto-Routing ist nützlich, um bei plötzlich einsetzendem Regen auf dem kürzesten Wege wieder nach Hause zu kommen, eine Adresse in einer fremden Stadt zu finden oder um sich in Pisa durch das Gewirr der Einbahnstraßen zum Schiefen Turm leiten zu lassen. Eine vernünftige Tourenplanung für eine Radreise kann es aber nicht ersetzen.

Auto-Routing ist grundsätzlich auf kartenfähige Geräte beschränkt, bei denen speziell vorbereitete Karten in den integrierten Speicher oder auf wechselbare Speicherkarten aufgespielt werden müssen. Die Karten, die vom Gerät verarbeitet werden können, sind üblicherweise Vektorkarten. Die Straßenzüge und Merkmale in diesen Karten sind nicht wie mit einem Pinsel Pixel für Pixel gezeichnet (Rasterkarte), sondern werden als gerade oder gekrümmte Linien mit wenigen Punkten festgelegt, so daß die Karte schneller und besser skaliert werden kann und weniger Speicherplatz in Anspruch nimmt. Es gibt mittlerweile diverse Möglichkeiten, eine Rasterkarte auf Outdoor-Navigationsgeräte aufzuspielen (dies funktionierte bislang nur mit PDA oder Laptop mit GPS-Maus). Die Nutzung von Rasterkarten auf Outdoorgeräten wird derzeit von verschiedenen Herstellern weiter ausgebaut. Angeboten werden üblicherweise die Kategorien Straßenkarte, ausgelegt auf Betrieb mit Auto/Motorrad, und Topo-Karte, ausgelegt auf Wanderer und MTBiker. Der Informationsgehalt der Karten unterscheidet sich deutlich: In der Topo-Karte sind Höhenlinien und Wanderpfade eingezeichnet, sie ist - je nach Hersteller - nicht immer (vollständig) routingfähig; in der routingfähigen Straßenkarte sind Feldwege und Wirtschaftswege zum Teil noch enthalten, reine Wander- und Radwege jedoch nicht unbedingt und auch Höhenlinien fehlen. Höhendaten sind in der Straßenkarte nicht enthalten, bei Topo-Karten hingegen üblicherweise schon.

Routingfähig bedeutet, daß zu jeder Kreuzung in der Kartendatei die Information hinterlegt ist, welche Orte von dieser Kreuzung aus erreicht werden können. Diese Daten werden bei der automatischen Routenerstellung verwendet, um einen Weg von A nach B zu berechnen. Dabei kann der Nutzer verschiedene Voreinstellungen verändern, um die Routenerstellung auf seine Vorlieben oder Bedürfnisse anzupassen. Es gibt aber bei keiner Karte die Einstellung "schöne" oder "schönste" Route zu berechnen! Denn "schön" ist ja bekanntlich relativ...

Für Radfahrer bietet sich an, die Routenerstellung für "Fahrrad" oder eventuell für "Fußgänger" zu verwenden. Durch Ausschließen von Autobahnen und Fernstraßen sowie dem Setzen von Zwischenpunkten kann die Route weiter deutlich verändert werden. Wie sinnvoll eine solche Routing-Funktion im einzelnen Falle ist, ist von der Gelände- und Wegsituation abhängig: In Regionen mit nicht sehr ausgeprägtem Radwegenetz und Bodenrelief ist das Ergebnis meist sehr brauchbar. Größter Vorteil des Autoroutings sind die Abbiegehinweise und die klare Darstellung von Straßen, Kreuzungen und dem Punkt, wo sich das GPS gerade befindet. Bei völlig unbekanntem Gelände und Durchfahrten durch unbekannte Städte ist das Gerät mit Autorouting ebenfalls hilfreich. Nachteilig ist, daß die Route vom Gerät gewählt wird und nur begrenzt darauf Einfluss genommen werden kann, beispielsweise durch entsprechendes Setzen von Zwischenwegpunkten, um die Route über Nebenstraßen zu zwingen. Bei Vermeiden von Fernstraßen wird aber bisweilen mit einem unnötigen Haken geroutet. Eine völlig sorglose Routenplanung ganz nach dem persönlichen Geschmack ist also nicht möglich, eine zusätzliche Papierkarte ist für den besseren Überblick sehr zu empfehlen. Das Kartenmaterial der Vektor-Straßenkarten ist meist recht aktuell (zumindest in der meist jährlich bzw. quartalsweise erscheinenden neuesten Version), nicht zuletzt bedingt durch den starken Wettbewerb in diesem Bereich; während die Vektor-Topokarten in der Regel deutlich weniger aktuell sind (Ausnahme in Bezug auf die Aktualität sind die OSM-Karten).

Das Erstellen neuer Routen mit Zwischenpunkten unterwegs ist zwar möglich, bedingt durch die Bedienung über kleine Tasten, anstatt mit der Maus und dem kleinen Bildschirm jedoch mühsam. Beim Vorbereiten einer Route auf dem PC sollte bedacht werden, dass das GPS-Gerät die Route nicht 1:1 übernimmt, sondern nur anhand der Zwischenpunkte mit seinen eigenen Routinen das Autorouting vornimmt, was zu unerwünschten Ergebnissen führen kann. Mit ein paar Tricks lässt sich dies aber halbwegs umgehen (z.B. via Konvertierung von Route zu Track zu Route), eine Garantie ist es aber nicht.

Nachfahren von vorgefertigten Tracks

Wie bereits erwähnt, ist es bei praktisch allen Geräten möglich, vor Beginn der Tour am Rechner geplante Wege in das Gerät zu übertragen und abzufahren; bei Geräten mit Kartendarstellung wird der Track dabei als (farbige) Linie in die Kartendarstellung eingetragen und kann ähnlich wie eine Route beim Autorouting abgefahren werden. Solche Tracks können auf unterschiedliche Weise erstellt und zusammengestellt werden:

• Mit Hilfe der Software - MapSource bzw. BaseCamp (Garmin) oder Mapsend (Magellan) - und diversen Karten
• Mit Hilfe von Radroutenplanern (online oder offline)
• Mit Hilfe von digitalen Topo-Karten (z.B. Magic Maps, Topo-Karten der Landesvermessungsämter mit dem Geogrid-Viewer etc)
• Mit Google Maps (z.B. Bike Route Toaster)
• Aus Routensammlungen im Internet (z.B. das-rad-ruft.de oder GPSIES
• Aus diesem Radreisewiki, Stichpunkt Radfernwege

Entscheidungshilfen

Wer überlegt, sich ein GPS-Gerät für das Fahrrad anzuschaffen, sollte sich folgendes klarmachen:

Grundsätzlich ist zur Zeit keine vollautomatische Routenplanung, nach wirklich radrelevanten Kriterien, möglich. Insbesondere unter Einbeziehung des Höhenprofils oder unter anderen Gesichtspunkten. Das große Problem ist ja bekanntlich, das jeder Radler die für sich "schön(st)e Route" anders definiert. Dies in Einstellungen zu fassen, ist derzeit noch nicht möglich. Dazu kommt, dass die verfügbare Kartenbasis (Detailgehalt, Genauigkeit und Fehlerfreiheit) der Digitalkarten nicht ausreicht. Die einzige Software, die dies überhaupt ansatzweise beherrscht, ist die des Radroutenplaner NRW (allerdings kann das GPS-Gerät von diesem Routenplaner erzeugte Tracks anzeigen, so dass man sie dann nachfahren kann). Auch gibt es mittlerweile einiges an Software, bei der man über die diversen Einstellungen, eine halbwegs brauchbare (= für einen selber "schöne" Route) Route automatisch erzeugen kann. Fertige Radroutenvorschläge unter Berücksichtigung der Höhenmeter und anderer Radkriterien berechnen auch einige sogenannte "Fahrradnavis", z.B. die Geräte Falk ibex und Falk Lux. Allerdings beschränkt auf wenige Länder, eher kurze Tagesausflüge und mit beschränktem Einfluss auf die Routenberechnung.

Mit den marktüblichen GPS-Geräten können oft nur Karten im Format des Herstellers verarbeitet werden (allerdings gibt es u.a. für Garmin eine recht umfangreiche Auswahl von Karten von Drittanbietern, sowie auch freie Karten wie z.B. aus den OSM-Projekten). Mittlerweile ist es auch möglich, auf den neueren Geräten von Garmin, in beschränkten Umfang, Bild- oder Rasterkarten, zu installieren. Auch bietet Garmin seit neuestem (21.03.2011, verfügbar seit ca. Ende Mai 2011) selber Rasterkarten auf MicroSD-Karten an (DAV-Karten, Alpenbereich).

Alternativ zur Garmin-Welt, überwiegend mit Garmin-Vektorkarten, gibt es eine Reihe von Outdoor-GPS-Geräten für Rasterkarten, u.a. von CompeGPS/Twonav, Lowrance, Magellan, Satmap, Holux, Medion, MyNav, Xplova und anderen. Twonav-Geräte beherrschen eigene Vektorkarten und unbegrenzt Rasterkarten in einem Gerät. Erlaubt die Software die unbegrenzte Installation eigener Rasterkarten, kann theoretisch jede Papierkarte im GPS-Gerät verwendet werden. Praktisch ist die Vorbereitung einer eigenen Papierkarte allerdings so aufwendig, dass man dies nur bei Mangel an anderem Kartenmaterial bewältigen wird.

GPS-fähige PDA oder Smartphones können mit geeigneter Software praktisch beliebige Karten aus allen möglichen Quellen verarbeiten (insbesondere Rasterkarten und gescannte Papierkarten). Sie haben außerdem den Vorteil des schöneren Kartenbildes. Handelsübliche Massenware ist preisgünstiger als ein Outdoor-GPS-Gerät. Der Vorteil relativiert sich durch Zusatzausgaben für Halterung, Energieversorgung, Nässeschutz, Software und kommerzielle Karten. Durch das größere Display und die Stiftbedienung ist die Routenplanung unterwegs wesentlich bequemer. Allerdings haben die PDA und Smartphones im Betrieb am Fahrrad auch Nachteile und Besonderheiten:

• Die Geräte sind meistens nicht wasser- und staubgeschützt. Bei Regen müssen sie in eine Schutzbox oder -hülle. Derartiges Zubehör ist inzwischen in großer Auswahl verfügbar. Je nach Gerät und Preis kann es aber zu Einschränkungen in der Bedienung und Ablesbarkeit kommen.
• Die Displays sind bei Sonneneinstrahlung nur sehr schlecht ablesbar.
• Die Akkulaufzeit ist so kurz, dass ein kontinuierlicher Betrieb während einer Tour nicht ohne externe Stromversorgung (Zusatzakkus oder externe Versorgung über Nabendynamo) möglich ist. Wird das Gerät aber nur sporadisch eingeschaltet und verzichtet man auf die Aufzeichnung einer Tour (und kann den Track damit auch nicht der Allgemeinheit zur Verfügung stellen). Zur Stromversorgung gibt es zwar reichlich Zubehör, trotzdem kann es vor allem auf Touren mit niedriger Reisegeschwindigkeit zu Engpässen kommen.
• Lithium-Akkus sind temperaturempfindlich. Mit wenigen Ausnahmen ist Frost unbedingt zu vermeiden. Ab 45°C Akkutemperatur laden Lithium-Akkus nicht mehr. Ab 50°C Akkutemperatur wird die Lebensdauer des Akkus verkürzt. Die genannten Grenztemperaturen werden bereits an heißen Sommertagen oder bei direkter Sonneneinstrahlung erreicht, da die Geräte im GPS-Betrieb Wärme abgeben und den Akku selbst aufheizen.
• Vollständig outdoorfähige Smartphones und PDA gibt es im professionellen Bereich. Sie sind wegen ihres hohen Preises bei Radreisenden allerdings kaum verbreitet.

Geräte ohne Kartendarstellung (GPS-Logger) erlauben das Nachfahren von am PC geplanten oder aus dem Internet heruntergeladenen Tracks, sowie die genaue Positionsbestimmung in geeigneten Papierkarten und das Aufzeichnen von gefahrenen Tracks. Gute (und teuere) GPS-Logger haben sehr gute GPS-Chipsätze, eine sehr lange Akkulaufzeit und einen großen Datenspeicher. Da die Navigation nur per Richtungspfeil erfolgt und die exakte Übertragung einer GPS-Position in eine Papierkarte umständlich ist, werden allerdings meist andere GPS-Geräte mit Kartendarstellung bevorzugt.

Geräte mit Kartendarstellung und Schwarzweiß-Bildschirm sind am Markt kaum noch vertreten, da sie nur schlecht ablesbar sind.

Outdoor-fähige Geräte mit Kartendarstellung auf Farbdisplay sind für Radreisende am besten geeignet, allerdings sind sie auch am teuersten und haben - wenn man sie nicht mit wiederaufladbaren Akkus oder am Forumslader betreibt - einen höheren Verbrauch an Batterien (typisch 2 AA-Batterien alle anderthalb bis drei Tage - je nach Nutzung). Eines der Spitzenmodelle ist derzeit das Garmin GPSMAP 60CSX (Anfang 2006 in Deutschland erschienen), das GPSMap 62S(t) (Mitte 2010 erschienen), sowie das Garmin Oregon 450(t) (Anfang 2010 erschienen), die wichtigsten Geräte auf dem Markt sind im Artikel GPS-Geräte beschrieben. Auch andere Hersteller bieten mittlerweile interessante und gute Geräte an.

Allen dort beschriebenen Geräten ist gemeinsam, dass sie auf handelsüblichen Speicherkarten (SD bzw. Micro-SD) nahezu unbegrenzt Karten (2gb, bzw. max. 4gb beim Oregon, möglich sind aber auch z.T. 8gb oder sogar bis zu 32gb (TwoNav Sportiva-Reihe, o. Lowrance-Reihe)) für beliebig lange Touren speichern können, und somit auch für Fernradler geeignet sind (Kartenmaterial praktisch aller Gegenden ist verfügbar, aber teilweise in reduzierter Qualität). Autoroutingfähige Karten auf einem ebenso autoroutingfähigem Gerät, erlauben eine gewisse Flexibilität während einer Tour. Die Kartendarstellung ist zuerst ein wenig gewöhnungsbedürftig (entsprechende Online-Ansichten bieten die meisten Hersteller - z.B. Garmin - auf ihren Seite an), ist aber unter fast allen Lichtbedingungen ablesbar.

Erstes Kriterium bei der Auswahl eines Gerätes sollte sein, welche Karten zu welchen Kosten zur Verfügung stehen. Es gibt kein Universalgerät, dass alle Vorteile und Möglichkeiten in sich vereint.

Verwandte Artikel

• GPS-Geräte
• Wie Garminkarten auch auf PDA nutzen
• Routenplaner offline

Links zum Thema

• Noegs-Seite: Links für GPS-Einsteiger
• NaviBoard GPS Forum
• Noegs-Seite: FAQ zum Thema GPS
• Links rund um das Thema GPS & Outdoor, Routendatenbank
• Infos zum Thema GPS & Rad, Linkliste (im PDF-Format, ganz unten auf der Seite)