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rainerk
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 Die Erstellung dieser Seite wurde durch einen **[[https://​forum.rocrail.net/​viewtopic.php?​p=203672#​p203672|Forum-Beitrag]]** angeregt. Die Erstellung dieser Seite wurde durch einen **[[https://​forum.rocrail.net/​viewtopic.php?​p=203672#​p203672|Forum-Beitrag]]** angeregt.
  
-Im Folgenden ​wird erläutert, warum von der Verwendung des **[[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Global_Positioning_System|Global Positioning Systems GPS]]** bei Gartenbahnen abzuraten ​ist. Für andere Modellbahn-Arten scheidet ​GPS prinzipiell ​schon beim Betrieb ​in Innenräumen und auch im Freien ​wegen der fehlenden ​Präzision ​für kleine Maßstäbe aus.+In den folgenden Kapiteln ​wird erläutert, warum das **[[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Global_Positioning_System|Global Positioning Systems GPS]]** ​zur Ermittlung von Fahrzeugpositionen als Auslöser für Rückmeldesysteme ​bei Modellbahnen selbst mit sehr hohem Aufwand ungeeignet ​ist. 
 + 
 +  * **Hinweis:​** "​Präzision"​ wird hier als Synonym für die Positionsgenauigkeit des GPS im Vergleich zu physischen Rückmeldern verwendet.  
 + 
 +**Szenarien:​** 
 +  ​In Innenräumen ist GPS-Betrieb ​prinzipiell ​wegen ungenügender Empfangsbedingungen für die Signale der GPS-Satelliten __nicht möglich__. 
 +  - im Freien ist GPS-Betrieb ​prinzipiell für Maßstäbe kleiner G __nicht möglich__, da auch unter optimalen Bedingungen die erforderliche Präzision schon theoretisch nicht erreichbar ist. 
 +  - Im Freien ​mit Maßstab G ist GPS-Betrieb unter optimalen Bedingungen mit der erforderlichen ​Präzision ​__nur sehr bedingt möglich__. \\ Der Aufwand ist aber sehr hoch und wegen verschiedenster negativer Einflüsse am Einsatzort ist ein stabiler Betrieb nicht zu erreichen. 
 + 
 +Da es zu 3. immerhin theoretische Möglichkeiten gibt, wird erläutert, wodurch eine erfolgreiche Realisierung scheitern wird.
  
 ==== Präzision des Standard-GPS ==== ==== Präzision des Standard-GPS ====
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 ==== Anforderung bei Gartenbahnen ==== ==== Anforderung bei Gartenbahnen ====
-Für den bei Gartenbahnen üblichen Maßstab 1:22,5 müsste die Präzision der Ortung auch mindestens um diesen Faktor verbessert werdendamit etwa 0,5 - 1,5 m Treffsicherheit erreicht wird. Das reicht natürlich bei weitem noch nicht aus, um die Funktion ​physikalischer ​Rückmelder zu ersetzen. Für einen Wechsel zur Rückmeldung mit GPS-Daten müsste die Präzision der Ortung nochmal um den Faktor 10 - 30 auf ca. 5 cm verbessert werden. ​Werden alle Faktoren ​berücksichtigt, ​müsste die Präzision eines GPS-Systems für Gartenbahnen im Vergleich zu normalen Navigationsgeräten (ohne Kopplung) bzw. zu verfügbaren GPS-Empfangsmodulen etwa um den **Faktor 400** erhöht werden.+Für den bei Gartenbahnen üblichen Maßstab 1:22,5 müsste die Präzision der Ortung auch mindestens um diesen Faktor verbessert werden. Die damit erzielbare Präzision von etwa 0,5 - 1,5 m reicht natürlich bei weitem noch nicht aus, um die Funktion ​herkömmlicher ​Rückmelder zu ersetzen. Für einen Wechsel zur Rückmeldung mit GPS-Daten müsste die Präzision der Ortung nochmal um den Faktor 10 - 30 auf ca. 5 cm verbessert werden. ​Bei Berücksichtigung aller Faktoren müsste die Präzision eines GPS-Systems für Gartenbahnen im Vergleich zu normalen Navigationsgeräten (ohne Kopplung) bzw. zu verfügbaren GPS-Empfangsmodulen etwa um den **Faktor 400** erhöht werden.
  
 ==== Präzision erhöhen ==== ==== Präzision erhöhen ====
-Die für den hier betrachteten Zweck unzureichende Präzision normaler GPS-Ortung ergibt sich hauptsächlich ​durch die für den Empfangs-Ort ​des GPS-Empfängers unbekannten Abweichungen von den mittleren Laufzeiten der Satelliten-Signale durch Ionosphäre ​und Troposphäre bestimmtTeilweise ​Abschattungen von Satelliten-Signalen ​am Empfangsort ​durch Vegetation und Bauwerke ​sowie nicht ausreichend stabile und genaue Oszillatoren in den Empfängern sind weitere Gründe für Mängel in der Präzision.\\+Die für den hier betrachteten Zweck unzureichende Präzision normaler GPS-Ortung ergibt sich durch 
 +  * Beschränkung ​des technischen Aufwands in GPS-Empfängern auf die Anforderung für Navigationsgeräte in Autos und Orientierung im Gelände. 
 +  * Reflexionen und Abschattungen von Satelliten-Signalen durch Vegetation und Bauwerke ​am Empfangsort. 
 +  * unbekannte Abweichungen ​der Laufzeiten der Funksignale von den Satelliten-Umlaufbahnen durch Ionosphäre und Troposphäre zum Empfangs-Ort des GPS-Empfängers
  
-Bei professionellen GPS-Anwendungen werden neben besserer Hardware zusätzlich verschiedene Korrektursysteme eingesetzt, die die Abweichungen durch erweiterte Messverfahren kompensieren können. Um die oben für eine Gartenbahn definierte Präzision (Faktor 400) zu erreichen, stehen auch nur diese Korrektursysteme zur Verfügung.\\+Bei professionellen GPS-Anwendungen werden neben besserer Hardware zusätzlich verschiedene Korrektursysteme eingesetzt, die die Abweichungen durch erweiterte Messverfahren kompensieren können. Um die oben für eine Gartenbahn definierte Präzision (Faktor 400 für 5 cm) zu erreichen, stehen auch nur diese Korrektursysteme zur Verfügung.\\
  
-Im folgenden ​werden nur die Korrektursysteme betrachtet, für die außer den Kosten für die Hardware __keine zusätzlichen Nutzungs- oder Lizenzgebühren__ anfallen.\\+Hier werden nur die Korrektursysteme betrachtet, für die außer den Kosten für die Hardware __keine zusätzlichen Nutzungs- oder Lizenzgebühren__ anfallen.\\
  
 ===DGPS=== ===DGPS===
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 ===RTK=== ===RTK===
-Um die Präzision des DGPS in den angestrebten cm-Bereich zu verbessern, werden zusätzliche Korrekturdaten benötigt, die bei der **[[https://​de.m.wikipedia.org/​wiki/​RTK-Vermessung|RTK-Vermessung]]** (**R**eal **T**ime **K**inematic = //Bewegung in Echtzeit//) zentral ermittelt und als terrestrische Funk-Signale verbreitet werden. Diese Daten müssen separat empfangen und in der DGPS-Elektronik verarbeitet werden. Die mit diesem RTK-Verfahren in Vermessungswesen bzw. Geodäsie erreichbare Präzision von wenigen Zentimetern bis in den Millimeter-Bereich ​sind nur bei sehr geringen Geschwindikeiten oder nur bei Stillstand der Empfangs-Antenne und mit Messperioden von mehreren 10 Sekunden bis Minuten möglich.+Um die Präzision des DGPS in den angestrebten cm-Bereich zu verbessern, werden zusätzliche Korrekturdaten benötigt, die bei der **[[https://​de.m.wikipedia.org/​wiki/​RTK-Vermessung|RTK-Vermessung]]** (**R**eal **T**ime **K**inematic = //Bewegung in Echtzeit//) zentral ermittelt und als terrestrische Funk-Signale verbreitet werden. Diese Daten müssen separat empfangen und in der DGPS-Elektronik verarbeitet werden. Die mit diesem RTK-Verfahren in Vermessungswesen bzw. Geodäsie erreichbare Präzision von wenigen Zentimetern bis in den Millimeter-Bereich ​ist nur bei sehr geringen Geschwindikeiten oder nur bei Stillstand der Empfangs-Antenne und mit Messperioden von mehreren 10 Sekunden bis Minuten möglich.
            
-Die hauptsächliche mobile Anwendung ist der Einsatz bei Agrar-Maschinen für Feldarbeit und mit Geschwindigkeiten im niedrigen Km/​h-Bereich. Bei den für die Maschinen-Steuerung erforderlichen kurzen Messzeiten ist selbst mit **DGPS + RTK** eine Ortung auf wenige 10 cm nur auf weiträumigen Freiflächen und Antennenhöhen von min. 3 m erreichbar. ​+Die hauptsächliche mobile Anwendung ​für RTK ist der Einsatz bei Agrar-Maschinen für Feldarbeit und mit Geschwindigkeiten im niedrigen Km/​h-Bereich. Bei den für die Maschinen-Steuerung erforderlichen kurzen Messzeiten ist selbst mit **DGPS + RTK** eine Ortung auf wenige 10 cm nur auf weiträumigen Freiflächen und Antennenhöhen von z.B. 3 m und mehr erreichbar. ​
  
 Bei einer Gartenbahn mit von der Größenordnung ähnlichen Geschwindigkeiten muss aber durch die geringere Antennenhöhe sowie ggf. durch Vegetation und Bauwerke mit wesentlich geringerer Präzision gerechnet werden. ​ Bei einer Gartenbahn mit von der Größenordnung ähnlichen Geschwindigkeiten muss aber durch die geringere Antennenhöhe sowie ggf. durch Vegetation und Bauwerke mit wesentlich geringerer Präzision gerechnet werden. ​
 +>//​**Anmerkung:​** Lässt sich bei professionellen Anwendungen die gewünschte Präzision auch mit RTK nicht erreichen, werden anstelle einer GPS-Ortung z.B. die vom Bahn-, Berg- und Tunnelbau bekannten Laser-Richtsysteme verwendet.//​
  
 ==== Realisierung von Selbstbauten ==== ==== Realisierung von Selbstbauten ====
-Elektronik-Module und deren Implementation für die Unterstützung von **DGPS** und **RTK** sind z.B. in diesem ​ **[[https://​cdn.sparkfun.com/assets/learn_tutorials/8/5/6/ZED-F9P_Integration_Manual.pdf|PDF-Dokument]]** beschrieben.\\ +Elektronik-Module und deren Implementation für die Unterstützung von **DGPS** und **RTK** sind z.B. in diesem ​ **[[https://​www.u-blox.com/sites/default/files/ZED-F9P_IntegrationManual_%28UBX-18010802%29.pdf|PDF-Dokument]]** beschrieben.\\ 
-**[[https://​www.sparkfun.com/products/15136|Anbieterseite ​eines dabei verwendeten Moduls]]** ​ \\+**[[https://​www.u-blox.com/sites/default/​files/​ZED-F9P_DataSheet_%28UBX-17051259%29.pdf|Datenblatt ​eines dabei verwendeten Moduls]]** ​ \\
  
-Im WWW sind einige Selbstbau-(DIY)-Realisierungen zu finden, die aber auch unter günstigen Bedingungen nicht mehr als die erwähnte Präzision von 50 cm erreichen (können). Darüber hinaus gibt es Hinweise, dass sogar einzelne Bäume in der Nähe die Präzision erheblich verschlechtern,​ wenn dadurch z.B. die beiden GPS-Empfänger eine zu geringe Anzahl oder nicht zeitgleich ​dieselben Satelliten-Signale empfangen können. Mit Reflexionen und Abschattungen durch Häuser werden die Ergebnisse noch viel ernüchternder sein. Trotz des hohen Aufwandes kann sich die Präzision auf die "​normalen" ​GPS-Werte von 3 - 10 m oder mehr auf für die Modellbahn wieder ​unbrauchbare Werte verschlechtern.+Im WWW sind einige Selbstbau-(DIY)-Realisierungen zu finden, die aber auch unter günstigen Bedingungen nicht mehr als die erwähnte Präzision von 50 cm erreichen (können). Darüber hinaus gibt es Hinweise, dass sogar einzelne Bäume in der Nähe die Präzision erheblich verschlechtern,​ wenn dadurch z.B. die beiden GPS-Empfänger eine zu geringe Anzahl oder nicht exakt zeitgleich ​die Signale ​derselben Satelliten ​empfangen können. Mit Reflexionen und Abschattungen durch Häuser werden die Ergebnisse noch viel ernüchternder sein. Trotz des hohen Aufwandes kann sich dann die Präzision auf normale ​GPS-Werte von mehreren Metern verschlechtern,​ ist also für die Modellbahn wieder ​unbrauchbar. Im Abschnitt **[[#​rtk|RTK]]** wurde schon auf die hohen Anforderunegn an die Empfangs-Umgebung für die Präzison z.B. bei Agrar-Anwendungen (gilt auch für Gartenbahnen) hingewiesen.
  
 ==== Ein Ultraschall-System ==== ==== Ein Ultraschall-System ====
-<​sup>​**Dieses System wird nur zur Erläuterung ​erwähnt, da der Anbieter ​dabei den Begriff "​GPS" ​irreführend ​verwendet.**</​sup>​\\ +<​sup>​**Dieses System wird nur zur Klarstellung ​erwähnt, da der Anbieter ​irreführend ​den Begriff "​GPS"​ verwendet.**</​sup>​\\ 
-Das von Rocrail unterstützte GOT-System **[[:​got:​got-de|GamesOnTrack]]** verwendet aus Marketing-Gründen den Begriff "​GPS"​. Dieses System arbeitet mit einer Ultraschall-Ortungsmethode,​ die mit dem **realen GPS** zwar das Grund-Prinzip einer Laufzeit-Messung gemein hat, das aber nur über Entfernungen von einigen Metern funktioniert. Das GOT-System könnte durch Bildung von Clustern auch große Flächen für Gartenbahnen abdecken. ​Es ist aber für eine Langzeit-Verwendung im Freien nicht geeignet, da die Hardware nicht wetterfest ist. Außerdem müsste ​die Montage und Verkabelung ​jedes Ultraschall-Empfängers (sogenannte ​"​Satelliten"​z.B. an einem mehrere Meter hohen, ​nicht schwankenden Rohr erfolgen, um die sonst verwendete, ​aber hier nicht vorhandene Raumdecke zu ersetzen  ​+Das von Rocrail unterstützte GOT-System **[[:​got:​got-de|GamesOnTrack]]** verwendet aus Marketing-Gründen den Begriff "​GPS"​. Dieses System arbeitet mit einer Ultraschall-Ortungsmethode,​ die mit dem **realen GPS** zwar das Grund-Prinzip einer Laufzeit-Messung gemein hat, das aber nur über Entfernungen von einigen Metern funktioniert. Das GOT-System könnte ​theoretisch ​durch Bildung von Clustern auch große Flächen für Gartenbahnen abdecken. ​Eine Herausforderung wäre die Montage und Verkabelung ​der "​Satelliten" ​genannten Ultraschall-Empfänger im Freien. Die Funktion der in Innenräumen dafür genutzten Wände und Decken müssten ​z.B. je nach Geländeprofil 1 bis 3 m hohe und stabile (nicht schwankende) Stangen oder Rohre übernehmen. Da aber die Elektronik-Hardware des GOT-Systems ​nicht witterungsfest ist, scheidet eine Langzeit-Verwendung im Freien aus und der Aufwand für notwendige Auf- und Abbauten wäre unvertretbar hoch.
  
 =====Fazit===== =====Fazit=====
-Die Erwartungen, die an eine GPS-Ortung ​gestellt werden, ​sind oft unrealistisch hoch, denn die tatsächlich erzielbare Präzision ist mit normalen GPS-Empfängern und GPS-Modulen für einen erfolgreichen Einsatz als Rückmeldesystem bei Gartenbahnen völlig unzureichend. Selbst mit den oben beschriebenen aufwendigen Korrekturverfahren ist die gewünschte ​Präzision im unteren ​cm-Bereich nicht betriebssicher erzielbar. Wegen des erforderlichen Hardware-Aufwands und unwägbarer Beeinträchtigungen ist ein solches System für den sicheren Betrieb einer Gartenbahn praktisch und finanziell ​kaum zu realisieren.+Die Erwartungen an eine GPS-Ortung sind in Unkenntnis der zuvor beschriebenen Fakten ​oft unrealistisch hoch. Die tatsächlich erzielbare Präzision ist mit normalen GPS-Empfängern und GPS-Modulen für einen erfolgreichen Einsatz als Rückmeldesystem bei Gartenbahnen völlig unzureichend. Selbst mit den oben beschriebenen aufwendigen Korrekturverfahren ist eine anzustrebende ​Präzision im einstelligen ​cm-Bereich nicht betriebssicher erzielbar. ​\\ 
 +**Wegen des erforderlichen Hardware-Aufwands und unwägbarer Beeinträchtigungen ​am konkreten Einsatzort ​ist ein solches System für den sicheren Betrieb einer Gartenbahn praktisch und finanziell ​nicht zu realisieren.**
  
 IMHO sollte wegen fehlender Erfolgschancen auch auf Versuche zu einer Realisierung verzichtet werden. Finanzielle Verluste und Frust sind vorprogrammiert. IMHO sollte wegen fehlender Erfolgschancen auch auf Versuche zu einer Realisierung verzichtet werden. Finanzielle Verluste und Frust sind vorprogrammiert.
  
-**GPS + Modellbahn = NoGo** +====GPS + Modellbahn = NoGo==== 
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