Die Geschichte

Der Einsatz begann im Bereich des Flugverkehrs und weitete sich dann auf die Schifffahrt aus. Seit den 90er Jahren finden Navigationssysteme auch Einzug in andere Bereiche, z.B. den Straßenverkehr. Neu hinzugekommen sind auch Einsatzgebiete im Outdoor-Bereich wie Wandern, Radsport oder Geocaching.

Kraftfahrzeug-Navigationssysteme - Geschichte
1981 hat Honda in Kooperation mit Alpine Electronics erstmals ein Auto-Navigationssystem auf den Markt gebracht.Das erste serienmäßige Navigationssystem in einem deutschen Auto gab es 1994 bei BMW 7er, Typ E38.

Mit dem Wegfall der gezielten Verschlechterung des GPS-Signals durch das US-Militär im Jahre 2000 wurde die rein GPS-gestützte Navigation auch im PKW erschwinglich. Vor diesem Zeitpunkt betrug die Genauigkeit rund 100 m und dieser Wert war für eine präzise Navigation ohne zusätzliche Hilfsmittel (Radsensoren) vor allem in Stadtbereichen inakzeptabel. Seither drängen vermehrt Systeme auf den Markt, die entweder als reine Navigationssysteme fungieren oder als Erweiterung für sogenannte PDAs verfügbar sind. Diese Systeme arbeiten ausschließlich mit GPS als Datenquelle für die Positionsbestimmung. Da jedoch dieses Signal in Tunneln oder Häuserschluchten unter Umständen nicht zur Verfügung steht, müssen Maßnahmen getroffen werden, um einen kurzen Wegfall des Satellitenkontaktes überbrücken zu können.

Die Ideallösung bestünde in einer Inertial-Komponente, welche die Position nach Wegfall des Signals aufgrund der durch ein Trägheitssystem gewonnen Veränderungen weiterführen könnte. Solche Systeme sind in Flugzeugen eingebaut (INS) und können dort zur völlig autonomen Navigation verwendet werden. Allerdings sind solche Systeme zum einen sehr teuer und zum anderen für Fahrzeuge mit einer hohen Dynamik in ihrer Bewegung (häufiger Wechsel der Richtung und der Geschwindigkeit) nur mit hohem Aufwand genau genug.

Fest eingebaute Systeme in Kraftfahrzeugen (Werkseinbauten) überbrücken Bereiche ohne Satellitenkontakt zusätzlich durch Radsensoren, welche Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge relativ genau und Richtungswechsel mit hinreichender Genauigkeit nachführen können. Bei mobilen Geräten muss dies die Software leisten. Fällt das Signal aus, dann gehen diese Systeme davon aus, dass der Fahrer sich an die vorgegebene Route hält und seine Geschwindigkeit nicht ändert.

Die wesentliche Besonderheit bei Kfz-Navigationssystemen ist die Routenplanung, die in dieser Form und vor allem in dieser Komplexität weder in der Schifffahrt noch in der Luftfahrt so gefordert ist.

Navigationssysteme in Kraftfahrzeugen bringen eindeutig Vorteile, wenn auch eine gewisse Häufung von Unfällen zu beobachten ist, die auf Ablenkung des Fahrers durch die Bedienung des Gerätes beruhen. Untersuchungen haben ergeben, dass vor allem bei der Fahrt in unbekannten Städten rund 50 % der Konzentration für das Ablesen von Wegweisern, das korrekte Einordnen und Kontrolle der eigenen Position und somit für die Navigation benötigt wird. Zudem geht man davon aus, dass rund 30 % des Stadtverkehrs durch Personen verursacht wird, welche auf der Suche nach einer bestimmten Adresse oder einer Parkmöglichkeit sind. Oftmals verleitet die Angst eine Abfahrt zu verpassen und nicht mehr zurückzufinden insbesondere bei weniger geübten Fahrern zu riskanten Fahrmanövern (hastige Spurwechsel, starke Bremsmanöver, etc.) und steigert somit die Unfallgefahr.

Moderne Systeme empfangen zusätzlich TMC oder TMCpro und berechnen bei Staus selbstständig eine Umleitungsroute. Dies ist vor allem im Ausland sehr angenehm, da man die verlesenen Verkehrsmeldungen nicht mehr verstehen muss bzw. sie aufgrund einer einheitlichen internationalen Codierung auf dem System in der gewünschten Sprache dargestellt werden können. Leider steht dieses Signal nicht in allen Ländern (kostenlos) zur Verfügung.

Kraftfahrzeug-Navigationssysteme - Bauformen
Die älteste Bauform von Kfz-Navigationssystemen sind sogenannte Werkseinbaugeräte. Seit Anfang der 90er Jahre bieten verschiedene Automobilhersteller Kfz-Navigationssysteme als Sonderausstattung an. Diese Systeme bestehen aus einer GPS-Antenne, die in der Regel am Dach des Kraftfahrzeuges montiert werden, einem Steuergerät, über das die Benutzereingaben getätigt werden, einem Laufwerk mit dem das Kartenmaterial gelesen wird und mindestens einem Display über das die Fahrempfehlungen ausgegeben werden.

Bei älteren Geräten befindet sich das Laufwerk und die Bedieneinheit im Kofferraum, die Fahrempfehlungen werden über ein kleines Display hinter dem Lenkrad, manchmal auch akustisch über das Autoradio gegeben.

Bei modernen Geräten sind Laufwerk und Bedieneinheit oft im Autoradio integriert, das CD-Laufwerk kann manchmal sogar als CD-Player verwendet werden. Die Geräte sind oft höher als normale Autoradios (DIN-Schacht) und nutzen diese für bessere Bildschirme. Ausführungen mit Farbbildschirm (zum Beispiel das Radio Navigation System MFD) zeigen oft die Straßenkarte der näheren Umgebung, während Geräte mit Monochromdisplay meistens nur Pfeile als Symbol verwenden.

Der große Vorteil dieser Bauart ist, dass neben dem GPS-Signal oft auch andere Informationen wie beispielsweise Tachoimpuls oder Informationen von einem Richtungssensor zur Verfügung stehen, die auch dann eine genaue Positionierung erlauben, wenn das GPS-Signal abgeschirmt oder gestört ist.

Abgesehen davon, dass Werkseinbauten mit Abstand die teuersten Geräte sind, haben sie in der Regel den Nachteil, dass sie vom Kartenmaterial abhängig sind, das der jeweilige Hersteller für dieses System vorsieht. In der Praxis bedeutet das, dass für die gängigen Systeme dieser Bauart noch nicht einmal Kartenmaterial für alle EU-Staaten vorhanden ist.

Outdoor Navigationssysteme - Gerätearten
Bei GPS-Geräten für die Navigation oder Ortung draußen, handelt es sich üblicherweise um sogenannte Handgeräte. Diese können entweder am Handgelenk mit einem Armband (ähnlich der Armbanduhr) getragen werden oder einfach in der Hand bzw. mit einer Gürtelschlaufe getragen werden. Für manche Geräte gibt es auch spezielle Halterungen, mit Hilfe derer sie am Lenker eines Zweirades (Fahrrad oder Motorrad) befestigt werden können. Einige Hersteller (Garmin, Magellan) bieten für den Outdoor-Einsatz optimierte Geräte an. Sie zeichnen sich durch Ihre robuste Bauweise (wasserdicht, stoßfest) aus. Oft ist auch das Display speziell für den Einsatz im Sonnenlicht beschichtet.

Outdoor Navigationssysteme - GPS Daten und Karten
Mittlerweile gibt es für den Outdoor Bereich digitale topographische Rasterkarten im Maßstab 1:50.000 oder größer. Diese Karten können entweder auf ein GPS Handgerät, ein Handy oder einen PDA übertragen werden; eine Ortung/Lokalisierung auf dem mobilen Gerät ist somit möglich.

Unterschiede zur Autonavigation - Aufbau
Das eigentliche, auf Funknavigation basierende System ist dabei meist zweiteilig. Es besteht aus einer Empfangseinheit, die Signale von mehreren kodierten Sendern auf ihre Laufzeitverschiebung untersucht und aufgrund dieser Daten die Position berechnen kann. Die Notwendigkeit des Vorhandenseins mehrerer entfernter Sender besteht bei so genannten Inertialen Navigationssystemen nicht.

Die Berechnung ist sicher möglich, sobald drei Signale empfangen werden können. Wenn mehr Signale vorliegen, erhöht dies die Präzision der Berechnung. Damit ergibt sich die geographische Position in Längen- und Breitengrad, wobei die höchste Genauigkeit heute etwa bei 10 Metern liegt. Ergänzt wird das System durch einen elektronischen Kompass, so dass außer der Position auch die Richtung bekannt ist.

Die mögliche zweite Stufe eines Navigationssystems besteht darin, diese Daten in digitale Karten zu übertragen und somit auch die Umgebung darzustellen. Außerdem wird eine Zielführung berechnet, wobei dies bedeutet, dass nicht die Luftlinie zwischen Ausgangsposition und Ziel angezeigt wird, sondern ein Weg, der mittels eines so genannten Routings bestimmt wurde.

In der Schifffahrt bedeutet dies z. B. das Herumleiten um Untiefen und Riffe bzw. das Einhalten von Fahrrinnen. Die komplexeste Anwendung ist allerdings der Straßenverkehr, da hier in der Regel eine Vielzahl von Straßen genutzt werden können, um ein Ziel zu erreichen, außerdem Brücken, Einbahnstraßen, Sackgassen und ähnliches; es ist zusätzlich die jeweils zu erwartende Durchschnittsgeschwindigkeit für die Berechnung zu beachten.

Unterschiede zur Autonavigation - Geschichte
Die ersten Navigationssysteme waren dabei das sogenannte LORAN-C (Long Range Navigation), das zum Beginn des Zweiten Weltkrieges entwickelt wurde und ursprünglich als Navigationserleichterung für Kampfflugzeuge diente, sowie das ursprünglich „QM“ genannte Decca, welches für die maritime Navigation eingesetzt wurde.

LORAN-C besteht aus 19 Sendestationen, die weltweit verteilt sind. Dabei dient eine Station als Hauptsender, die anderen als Nebensender. Aus der Zeitdifferenz der Signale kann die Position errechnet werden und mit einer Karte bestimmt werden.

Heute beruhen die meisten Systeme auf dem US-amerikanischen GPS Satellitennavigationssystem. Um unabhängig davon zu werden, planen die ESA zusammen mit der VR China, Indien, Kanada und Israel ein eigenes System namens Galileo.

Quelle: WiKipedia.de

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