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Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 09.12.2015 11:15
von Lulu-Ann
Hallo Rechenkraft,

ich hoffe, ich bin hier im Forum "Meteorologie, Geologie und Geografie" richtig, denn meine Projekt-Idee erforscht die aktuelle "Wetterlage" der Ionosphäre.
Außerdem geht es um Geodaten.

Falls ich hier falsch bin: Verschiebt mich ruhig.

GPS möchte ich hier nicht erklären. Wichtig ist: Es ist nicht genau genug, um für blinde Fußgänger zu bestimmen, auf welcher Straßenseite sie sind.
Wünschenswert wäre eine GPS-Genauigkeit von ca. 1m (Länge des Langstocks, "Weißer Stock").
Ausreichend wäre eine Genaugikeit von ca 3-4m (Eine Fahrbahnbreite).

Nun gibt es den Service DGPS. Hierbei wird für verschiedene Regionen bestimmt, welche Verzögerungen sich aktuell lokal für welche GPS-Satelliten ergeben beim Weg durch die Ionosphäre.
Dieses "Ionosphären-Wetter" ist wohl so ca. in 20k Umkreis einigermassen gleich, so dass man bei Kenntnis das GPS-Signal damit korrigieren kann.

DGPB gibt es als kostenpflichtigen Service (Das kommt hier nicht in Frage, es ist zu teuer und es handelt sich um laufende Kosten).
DGPS gibt es für die Schiffsnavigation per Radiowellen, im Bereich zwischen Langwelle und Mittelwelle (Das ist schwierig auszuwerten, da es keine preisgünstigen Bandfilter für diesen Bereich gibt, und das Signal schmal ist.)

Also machen wir einfach DGPS@home.

Die Idee: Man installiert fest auf dem eigenen Balkon einen (herkömmlichen) GPS-Empfänger, von dem man nach Möglichkeit nicht nur das NMEA-Signal abgreift, sondern die Rohdaten, also die gemessenen Laufzeiten zu den Satelliten.
Bei fester Installation einer Basisstation misst man dann einen wandernden Punkt, und dessen Abweichung gegenüber der festen Installation ist genau die gleiche Abweichung, die mobile Empfänger im Umkreis auch erleiden.
Genauer: In den Rohdaten misst man "Wetter"-abhängige verzögerte Laufzeiten der Signale von den einzelnen Satelliten.

Wenn diese Korrekturdaten gesammelt hochgeladen und bereitgestellt werden (Jaaa! Rechenkraft scheint da genau die Lösung zu sein!!) für die Benutzung mit mobilen GPS-Empfängern, kann so jeder seine GPS-Genauigkeit verbessern.

Gebraucht wird:
- GPS-Empfänger, bei dem man an die Laufzeiten dran kommt, für die Basisstation
- Software, die die Laufzeiten der Satelliten zur Basisstation erfasst und meldet
- Web-Plattform zur Aggregation und Bereitstellung der Daten
- Software für mobile Endgeräte, die die Korrekturdaten entgegen nehmen kann und das GPS-Signal des mobilen Empfängers damit korrigiert.

Das Projekt eignet sich meiner Meinung nach für ein bis zwei Bachelor- oder Masterarbeiten, die ich betreuuen könnte, falls gewünscht.

Tun wir's!

Wer kennt Hard- oder Software, die erlaubt, an die GPS-Rohdaten zu kommen?

Grüße
Lulu-Ann

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 09.12.2015 19:20
von Dj Ninja
Wozu brauchst Du die Rohdaten? Die NMEA-Werte sind doch genau genug für Dein Vorhaben.

Ich glaube aber nicht, daß das funktioniert. Erstens mußt Du Dich dann darauf verlassen, daß der zum Herausrechnen der Abweichung benutzte Fixpunkt korrekt ist und zweitens "wandert" der gemessene Punkt ziemlich schnell und in alle Himmelsrichtungen. Die Korrektur müßte daher sehr schnell erfolgen, wahrscheinlich ist eine Übertragung via Internet bzw. BOINC dafür zu langsam.

Drittens muß die empfangene Abweichung nicht mit der empfangenen Abweichung am Standort des Fixpunktes übereinstimmen - hier könnten Dir z.B. lokale Störsignale oder Reflexionen an Gebäuden, die an jedem Standort unterschiedlich sind, die Petersilie verhageln.

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 09.12.2015 21:06
von Kolossus
Erlaubt nicht UMTS eine metergenaue Positionslokalisierung?

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 10.12.2015 15:00
von Lulu-Ann
Dj Ninja hat geschrieben:Wozu brauchst Du die Rohdaten? Die NMEA-Werte sind doch genau genug für Dein Vorhaben.
NMEA-Daten enthalten die geschätzte Berechnung des wahrscheinlichen Aufenthaltsorts.
Sie enthalten nicht mehr die Laufzeiten zu den Satelliten, sondern sind eine Aggregation derselben.
Wenn nach Osten ein Satellit höhere Laufzeiten hat, dann ist mein Standort nach NMEA nach Osten verschoben, und ich weiß nicht,
ob das an eben diesem östlichen Satelliten liegt oder an Reflexionen an der westlichen Häuserwand.
Wenn ich aber nicht weiß, woher der Fehler kommt, kann ich ihn auch nicht rausrechnen.

Das ist so, als wolltest Du die Fahrtdauer bei freier Strecke von A nach B mit mehreren Autos auf verschiedenen Strecken bestimmen.
Wenn ich weiß, auf welcher Strecke Stau ist, dann kann ich diesen Wert korrigieren.
Wenn ich nur den zu hohen Durchschnittswert aller Autos habe, dann kann nicht zurückrechnen, wie der richtige Wert ist, wenn ich nicht Staudauer und Strecke weiß.

NMEA ist schlicht das falsche Format. Man braucht die Rohdaten.
Dj Ninja hat geschrieben: Ich glaube aber nicht, daß das funktioniert. Erstens mußt Du Dich dann darauf verlassen, daß der zum Herausrechnen der Abweichung benutzte Fixpunkt korrekt ist
Darauf verlasse ich mich nicht, das wird kalibriert oder berücksichtigt.
Und selbst ohne korrekte Fixpunktbestimmung, ist der gemessene Fehler eine sinnvolle Größe zur Bestimmung der in gleicher Richtung auftretenden Fehler bei den umliegenden mobilen Geräten.
Dj Ninja hat geschrieben: und zweitens "wandert" der gemessene Punkt ziemlich schnell und in alle Himmelsrichtungen. Die Korrektur müßte daher sehr schnell erfolgen, wahrscheinlich ist eine Übertragung via Internet bzw. BOINC dafür zu langsam.
Da verwechselst Du verschiedene Fehlerquellen.
Das Ionosphärenwetter ist lange und großflächig stabil.
Wenn das nicht so wäre, könnte man D-GPS nicht über Langwelle übertragen, wobei das vollständige Signal sich über ca. 10 Minuten erstreckt.
Die Fehler, die das GPS springen lassen, sind andere. Du nennst sie selbst weiter unten.
Dj Ninja hat geschrieben: Drittens muß die empfangene Abweichung nicht mit der empfangenen Abweichung am Standort des Fixpunktes übereinstimmen - hier könnten Dir z.B. lokale Störsignale oder Reflexionen an Gebäuden, die an jedem Standort unterschiedlich sind, die Petersilie verhageln.
Ja,
diese Störsignale können wir nicht vermindern.
Brauchen wir aber auch gar nicht. Wir beheben nur die anderen, die, die wir leicht messen können.

Die verschiedenen Störgrößen addieren sich zu einer falsch berechneten Position.
Die Störgrößen "Reflexion und Abschattung" können wir nicht korrigieren, wir können nur versuchen, sie bei den Basisstationen zu verringern.
Die Störgröße "Ionosphären-Verzögerung" können wir messen und daher korrigieren.

Wenn wir die Genauigkeit von 10m auf 5m drücken, haben wir schon die richtige Straßenseite und das Genauigkeits-Ziel erreicht.
Das sollte durch D-GPS@home zu erreichen sein. Mal sehen, wieviele Basisstationen wir dann brauchen pro 20km²-Kachel.

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 10.12.2015 15:09
von Lulu-Ann
Kolossus hat geschrieben:Erlaubt nicht UMTS eine metergenaue Positionslokalisierung?
Öh, keine Ahnung kann sein.
Deckt aber nicht genug Fläche ab. Wo ist schon UMTS?

Was soll die Fußgängernavi zum Blinden sagen?
"Hallo, geh mal nicht weiter, hier ist kein UMTS verfügbar?"
oder gleich: "Sie müssen leider von Tansania nach Deutschland umziehen, hier ist kein UMTS?"

Think big.
Das Projekt soll weltweit funktionieren.
Ich fange doch nicht an, eine lokale Lösung zu bauen, wenn ich weltweit kann.

Wenn das mit UMTS ginge wäre es interessant, aber ein anderes Projekt.

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 11.12.2015 03:31
von Dj Ninja
Wenn wir die Genauigkeit von 10m auf 5m drücken, haben wir schon die richtige Straßenseite und das Genauigkeits-Ziel erreicht.
Dein blinder Fußgänger, den Du damit lenken willst, wird trotzdem überfahren.
Das sollte durch D-GPS@home zu erreichen sein. Mal sehen, wieviele Basisstationen wir dann brauchen pro 20km²-Kachel.
Für Deutschland allein schon mal mindestens 17.867 Stück. Sportlich sportlich!

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 11.12.2015 06:29
von Kolossus
Dein blinder Fußgänger, den Du damit lenken willst, wird trotzdem überfahren.
Wieso das? Das ist ja kein "Lauf-einfach-Kopflos-drauf-los"-navigieren, sondern bezieht sich auf die Position. Wenn Du ein Navi benutzt, fährst du ja auch nicht über eine Rote Ampel, nur weil es heißt "Weiter geradeaus".

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 11.12.2015 11:32
von Lulu-Ann
Kolossus hat geschrieben:
Dein blinder Fußgänger, den Du damit lenken willst, wird trotzdem überfahren.
Wieso das? Das ist ja kein "Lauf-einfach-Kopflos-drauf-los"-navigieren, sondern bezieht sich auf die Position. Wenn Du ein Navi benutzt, fährst du ja auch nicht über eine Rote Ampel, nur weil es heißt "Weiter geradeaus".
Danke Harald, genau.

Die Micro-Navigation funktioniert natürlich genau wie vorher mit Langstock und oder Führhund und Hirn-Einsatz.

Es ist nur das Ziel, dass wir Straßenseitengenau werden, damit wir ansagen können, wo man die Straße am besten überquert (Wo ist der Zebrastreifen, oder gibt es ein Stück weiter sogar eine Unterführung oder Ampel?).

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 15.12.2015 20:12
von Michael H.W. Weber
Einen herkömmlichen GPS-Empfänger am Fenster zu installieren kostet grob 30,- bis 40,- € für das Rohmodul und ich denke, da ist der Preis auch nach oben noch dehnbar, je nachdem, was man haben möchte. Wenn man bedenkt, dass der QCN-/Radioactive@home-Sensor ca. 25,- € kostet und dann beim GPS noch eine Schaltung (und ggf. noch ein Microontroller) drum herum gebaut werden muss, könnte ich mir vorstellen, dass die Investition schon mal eine Hürde werden kann, um das Projekt auf eine breite Basis zu stellen.

Michael.

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 16.12.2015 17:50
von Lehrer_Bienen
Hallo Michael,

danke für Deine Kostenabschätzung.

Ich denke, dass eine GPS-Genauigkeits-Steigerung der Zielgruppe durchaus Geld wert sein kann.
Wenn wir pro Modul 20 km² damit abdecken, könnten sich ja auch jeweils mehrere Leute zusammentun, oder
der örtliche Blindenverein macht das.

Mit der richtigen Kampagne könnte man auch Augenärzte, Optiker, Hilfsmittelverkäufer und Mobilitätstrainer ins Boot holen.

Andere Gruppen, die GPS für andere Zwecke genauer haben wollen, könnten aufspringen.
(Geocacher, autonomes Fahren für Modellbau-Autos und autonomes Fliegen für Drohnen ... wenn ich noch ne Weile überlege, fallen mir noch mehr ein.)
Nicht zu vergessen, auch die GPS-Höhenangabe wird besser, und man könnte auf barometrische Höhenmesser vielleicht verzichten.

Wer überlegt, einen GPS/Gallileo/Glonass-Empfänger für viel Geld zu kaufen, wird vielleicht mit D-GPS@home zufrieden sein und sich freuen, dass das normale Handy es kann (wenn das klappt).

Hackerspaces könnten an ihren Standorten so ein Modul aufstellen, dann hätten wir schon fast alle Großstädte abgedeckt.
Vielleicht sogar an jedem Freifunk-Standort. Einfach nur, weil's cool ist.

Ihr in Marburg wärt da quasi gewünschter Pilot-Projekt-Ort!
8)

Die Leute vom Kreis Soest geben viel Geld aus für genauere GPS-Geräte für ihre Touristen-Navi-Guides, die wären sicher auch interessiert.

Die OpenStreetMapper würden sich freuen, wenn sie genauere Daten hätten.

Oooch. Wenn wir es zum Laufen bringen, werden sich schon genug Geeks finden. Ich bin da optimistisch.

Ich denke auch, dass wir darüber einen Bericht im "Make" Magazin platzieren könnten.

Aber zurück zur korrekten Reihenfolge: Erst mal muss es funktionieren, danach schicken wir es viral.

Jemand Lust, das als Bachelor- oder Masterarbeit anzugehen?

Und wenn wir tatsächlich nachher einen Arduino oder so am Balkon haben... hey, dann kann der auch gleich Wetter einsammeln. Also so unter der Ionosphäre.
Das würde doch auch unter "Verteiltes Sensornetz" fallen. Da können wir die Kosten für den Arduino schon fast rausrechnen oder durch 2 teilen.

VG
Lulu-Ann

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 16.12.2015 19:14
von Tholo
Ich denke auch das die Reichweite enorm sein kann. Die Beispiele die du eingebracht hast, halte ich wirklich für eine realistische Zielgruppe.
Ich wäre sofort dabei, leider hindert mich mal wieder das nicht verhandene Knowhow. Als Tester stelle ich mich gern zur Verfügung.
Ich sprech mal meinen Kumpel an der selbst Blind ist (und für uns das Feedback zur Barrierefreien Portal gemacht hat). Er ist in der IT Abteilung des Arbeitsamtes ggf läßt sich da sogar was machen und die AÄ steigen ein. Man kann ja mal träumen...

Re: Neues Projekt: DGPS@home

Verfasst: 16.12.2015 20:26
von Kolossus
Tholo hat geschrieben:Als Tester stelle ich mich gern zur Verfügung.
Ich sei, gewährt mir die Bitte,
in Eurem Bunde der Dritte.


(Aus "Die Bürgschaft" von Johann Christoph Friedrich von Schiller)