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 Höhenmessung: GPS vs. Barometer Nächstes Thema anzeigen
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waltgallus
GPS Experte
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Anmeldedatum: 06.12.2008
Beiträge: 63

BeitragVerfasst am: 12.03.2015, 14:05 Antworten mit ZitatNach oben

Guten Tag

Ich weiss, dass das Thema weder neu noch einfach zu beantwortenist. Dennoch: Welche Höhenmessung ist genauer, jene mit GPS (mindestens 4 Satelliten) oder jene mit Barometer (wenn man einfachheitshalber meteorologische Druckveränderung aus dem Spiel lässt)? Falls sich die Frage so nicht beantworten lässt, wo kann ich mich dazu laienverständllich klug machen, ohne eine Dissertation studieren zu müssen?

Dank und Gruss

Walt Gallus
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kiozen
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Anmeldedatum: 24.02.2012
Beiträge: 251

BeitragVerfasst am: 12.03.2015, 21:48 Antworten mit ZitatNach oben

Beide Messmethoden haben ihre Vor- und Nachteile.

Die Höhenmessung via GPS schwankt über die Zeit um den wirklichen Wert. Ähnlich wie bei der Position können das durchaus 20-30m sein.

Die barometrische Höhenmessung benötigt immer eine Referenzhöhe mit bekanntem Druck. Ohne die Messung zu kalibrieren kann der Fehler beliebig groß sein. Dafür sind die Schwankungen über einen kurzen Zeitbereich sehr gering. Über den Tag kommt noch die natürliche Luftdruckänderung hinzu.

Was ist jetzt genau? Wenn ich den Barometer nicht kalibriert habe, messe ich eine Höhe mit einem konstanten Fehler. Die Messwerte schwanken wenig. Wenn ich die absolute Höhe wissen will, ist das aber nicht so gut. Da ist das GPS besser. Hier ist der absolute Fehler geringer. Dafür schwankt das Ergebnis mehr.

Zeichne ich jetzt eine Tour auf, wird der Barometer über die ganze Tour seinen absoluten Fehler behalten. Da die Messung weniger schwankt, werde ich aber die geschafften Höhenmeter präziser angezeigt bekommen. Bei dem GPS wird das Profil mehr oder weniger dem wirklichen Profil folgen. Da aber der Wert mehr schwankt, wird der Wert für die Höhenmeter zu groß sein.

Würde man den Barometer am Anfang kalibrieren, wäre das Ergebnis optimal. Wenn sich der Luftdruck über den Tag nicht deutlich ändert. Noch besser wäre es, wenn beide Messungen sich ergänzen und die jeweilige Schwäche der anderen kompensiert.


Noch eine andere Sichtweise auf das Thema:
Vor Jahren hat ein Feuerwehrmann in irgendeinem deutschen GPS Forum (war es das grüne Forum fürs GeoCachen?) folgendes berichtet. Für die Feuerwehr ist es wichtig zu wissen was 10m Höhe sind. Ganz klar: Eine Pumpe die Wasser ansaugt schafft nicht mehr. Die Idee war das mit einem GPS auszumessen. Ging natürlich nicht zuverlässig, weil der Wert in dem Bereich schwankt. Dafür kann man mit einem barometrischen Höhenmesser die Höhendifferenz sehr gut ausmessen. Der Feuerwehr ist natürlich die absolute Höhe völlig egal.

Man kann also sagen, dass eine barometrische Höhenmessung deutlich genauer ist als das GPS, wenn sie kalibriert wurde. Deswegen haben die besseren GPS Geräte auch immer einen solchen Sensor verbaut. Kann man die Messung aber nicht kalibrieren, weil man keine Referenzhöhe kennt, oder gibt man diese falsch an, dann hat man einen konstant Fehler. Während einer Tour ist das reichlich ärgerlich. Nachträglich kann man die Aufzeichnung aber einfach zurecht rücken.
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waltgallus
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Anmeldedatum: 06.12.2008
Beiträge: 63

BeitragVerfasst am: 13.03.2015, 06:13 Antworten mit ZitatNach oben

kiozen hat Folgendes geschrieben:
Beide Messmethoden haben ihre Vor- und Nachteile. (...)

Ganz herzlichen Dank, kiozen, für deine ebenso ausführlichen und kompetenten, aber auch für mich bestens nachvollziehbaren Ausführungen. Sie decken sich weitgehend mit meinen Vermutungen. Ich bin übrigens stets von einem kalibrierten Barometer ausgegangen und habe ja auch bewusst die meteorologisch bedingten Luftdruckschwankungen aus dem Spiel gelassen.

Gruss
Walt Gallus
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kiozen
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Anmeldedatum: 24.02.2012
Beiträge: 251

BeitragVerfasst am: 13.03.2015, 07:20 Antworten mit ZitatNach oben

Wobei man das Kalibrieren und auch das Wetter bei der Betrachtung nicht außer Acht lassen sollte. Weil das sind die Schwachstellen der barometrischen Messung, die in der Praxis leider recht relevant sind.

Gerade das richtige Kalibrieren hat in der Praxis seine Tücken. Vergisst man die Anfangshöhe zu recherchieren, dann hat man nur noch die Möglichkeit

1) Den GPS Wert zu übernehmen.
2) Wenn die Karte Höhendaten abgespeichert hat, diese zu verwenden
3) Eine vor Ort verwendete Höhenmarke zu benutzen.

Das birgt aber alles Risiken. 1 und 2 funktionieren nur wenn guter Empfang vorhanden ist und die Position nicht direkt neben einem starken Anstieg ist. Weil genau dort die DEM Daten wenig taugen. Ein enges Tal ist somit sehr schlecht. Und bei 3 weiß man nie auf was sich die Höhe bezieht. Es gibt verschieden Bezugspunkt.

Man fängt folglich unter Umständen schon mit einem Fehler an. Die meisten GPS Geräte mit Sensor, versuchen am Anfang die barometrische Höhe mit der GPS Höhe abzugleichen und anzupassen. Bei einem großen Anfangsfehler sieht man das nachher in der Aufzeichnung recht schön. Das ist hier passiert (GPSMap 62s):

Image

Bis auf ein paar Abstecher war der Rückweg gleich dem Hinweg. Man sieht wie über den Tag die gemessene Höhe sich langsam anpasst. Und hier noch die gleiche Tour mit einem S5min aufgezeichnet. Das hat keinen barometrischen Sensor.

Image

Die komische Gerade in der Mitte kommt zustande, weil ich vergessen habe die Aufzeichnung nach der Jause wieder anzuschalten.
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scarpanto
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Anmeldedatum: 17.01.2012
Beiträge: 116
Wohnort: Oberösterreich

BeitragVerfasst am: 13.03.2015, 08:07 Antworten mit ZitatNach oben

Super erklärt ...

Was auch noch beachtet werden sollte ist, dass die in GPS-Geräten eingebauten Barometerchips etwas temperaturabhängig sind, dass also wechselnde Gerätetemperatur Messfehler verursacht. Daher ist es günstig, die Kalibrierung erst bei Erreichen des Temperaturgleichgewichts vorzunehmen.

_________________
Gruß Franz
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waltgallus
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Anmeldedatum: 06.12.2008
Beiträge: 63

BeitragVerfasst am: 13.03.2015, 08:15 Antworten mit ZitatNach oben

kiozen hat Folgendes geschrieben:
Wobei man das Kalibrieren und auch das Wetter bei der Betrachtung nicht außer Acht lassen sollte.

Diese Meinung teile ich uneingeschränkt, und ich bin mir dessen auch voll bewusst. Ich wollte hier eher den theoretischen Aspekt beleuchten und die Überlegungen nicht mit in der Praxis durchaus bedeutsamen Komplikationen belasten. Deine Erklärungen sind eindrücklich und auch einleuchtend.

Gruss
Walt Gallus
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kiozen
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Anmeldedatum: 24.02.2012
Beiträge: 251

BeitragVerfasst am: 13.03.2015, 08:28 Antworten mit ZitatNach oben

scarpanto hat Folgendes geschrieben:
Super erklärt ...

Was auch noch beachtet werden sollte ist, dass die in GPS-Geräten eingebauten Barometerchips etwas temperaturabhängig sind, dass also wechselnde Gerätetemperatur Messfehler verursacht. Daher ist es günstig, die Kalibrierung erst bei Erreichen des Temperaturgleichgewichts vorzunehmen.


Das ist richtig. Wobei die Geräte schon die interne Temperatur messen und auch den Sensor kompensieren. Der Temperaturfühler ist nur meistens ein eigenes Bauteil und sitzt nicht direkt auf dem barometrischen Sensor. Damit sind starke, kurzfristige Schwankungen immer ein Problem.

Gerade im Winter habe ich es mir zur Pflicht gemacht, das Gerät vor der Hütte auszuschalten und mir die Höhe zu merken. In der Hütte wird das Gerät nicht angeschaltet. Erst wieder wenn ich draußen bin und dann wird die Höhe kontrolliert. Meistens stimmt sie dann noch.

Wenn man das nicht macht und das eiskalte Gerät in der Hütte anschaltet, dann kommt der Algorithmus reichlich ins Schwitzen. Hier mal ein Beispiel, wie man sich damit die Aufzeichnung versauen kann:

Image
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waltgallus
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Anmeldedatum: 06.12.2008
Beiträge: 63

BeitragVerfasst am: 13.03.2015, 12:20 Antworten mit ZitatNach oben

DEM? Ist damit ein digitales Höhenmodell gemeint, und wenn ja, welches? Da gibt es ja in Sachen Genauigkeit auch grosse Unterschiede. Frappant für mich z.B. der Unterschied der von der Swiss Topo verwendeten Höhenmodelle: Swiss Map auf DVD (nicht mehr erhältlich und gepflegt) DHM25 und Swiss Map Online (noch bis 2016 aufgeschaltet) swissALTI3D.
http://www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/de/home/products/height.html

Gruss
Walt Gallus
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kiozen
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Beiträge: 251

BeitragVerfasst am: 13.03.2015, 12:46 Antworten mit ZitatNach oben

Bei den hier gezeigten DEM Daten (rote Linie) handelt es sich um SRTM1 Daten. Also ca 25m Abstand von Punkt zu Punkt. Alle Tracks sind im Bayerischen Wald aufgenommen. Da dort die Topographie nicht gerade zu Extremen neigt, geben die DEM Daten die Wirklichkeit relativ gut wieder. Zudem ist der GPS Empfang meistens sehr gut. D.h. Aufzeichnung und DEM Daten sollten weitgehend übereinstimmen. Was sie in der Regel auch machen, wenn man sich nicht selber im Weg steht und das Gerät falsch bedient.
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