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Eine Minute, vergrößert20 mDer Weg: 1.000 m715 GPS-Punkte, verbunden: 1.169 m+17 % durch Fehler von etwa 4 m,die langsam wandern, ein Punkt pro Sekunde100 mNRouten © OpenStreetMap-Mitwirkende
Der erste Kilometer des Zirbenwegs oberhalb von Innsbruck und eine simulierte Wanderung darauf: ein GPS-Punkt pro Sekunde im Gehtempo, jeder um etwa 4 m daneben, mit einem Fehler, der langsam wandert, wie es ein GPS-Fehler tut. Verbunden ergeben die Punkte eine längere Linie als der Weg.
Unterwegs

GPS-Strecke zu lang? Warum der Track mehr misst

Die Wander-App zeigt zu viele Kilometer? Woher die Mehrlänge im GPS-Track kommt, warum zwei Apps nie gleich messen und wie Bereinigen hilft.

· Malik · 9 Min. Lesezeit

Du gehst mit jemandem dieselbe Runde, die ganze Zeit Seite an Seite. Am Ende zeigt dein Handy 8,4 km, das andere 8,9 km. Eine Sportuhr meldet noch einmal etwas anderes. Umwege hat niemand gemacht. Welche Zahl stimmt also?

Meistens keine ganz genau, und die meisten sind zu lang. Jede Position, die ein Handy meldet, liegt ein paar Meter daneben. Verbindet eine App die Positionen, werden aus diesen kleinen Fehlern Meter, die du nie gegangen bist. Diese Mehrlänge wieder herauszurechnen, ist ein guter Teil der Arbeit an walker, der App für Spaziergänge, Wanderungen und Radtouren, die ich für Android entwickle. Was ich dabei gelernt habe, gilt für jede App. Wenn du siehst, wie die zusätzlichen Meter entstehen, sind die Unterschiede kein Rätsel mehr.

Das Handy weiß nur ungefähr, wo du bist

Dein Handy berechnet deinen Standort aus Satellitensignalen, immer wieder, während du dich bewegst. Jedes Ergebnis ist ein GPS-Punkt: eine einzelne Position, die das Handy meldet, und eher eine gute Schätzung als ein exakter Ort. Unter freiem Himmel ist das GPS eines Handys typischerweise auf etwa 5 Meter genau. In der Nähe von Gebäuden, Brücken und Bäumen wird es schlechter, weil die Signale abgeschirmt werden oder von Wänden abprallen, bevor sie dich erreichen.

Könntest du jeden GPS-Punkt sehen, den dein Handy aufgezeichnet hat, lägen sie nicht sauber auf dem Weg. Sie wären ein paar Meter links und rechts davon verstreut, und diese Streuung verschiebt sich von einer Sekunde zur nächsten.

Zickzack summiert sich

Eine App misst die Strecke, indem sie die GPS-Punkte mit geraden Linien verbindet und deren Längen addiert. Wackeln die Punkte beim Wandern oder Laufen links und rechts vom Weg, wackelt auch die Linie, die sie verbindet. Eine wackelige Linie ist fast immer länger als eine gerade: Jedes ihrer Teilstücke ist die lange Seite eines Dreiecks, wie Abbildung 1 zeigt.

dwWegGPS-SpurSchritt = √(d² + w²) > dMehrlänge auf gerader Strecke, je Abstand der GPS-Punktejede Sekunde+18 %alle 2 s+8 %alle 5 s+3,3 %alle 10 s+1,5 %alle 30 s+0,4 %
Abbildung 1. Oben: ein gerader Weg und GPS-Punkte, die ein wenig zu beiden Seiten verschoben sind (ausgedachte Abweichungen, groß gezeichnet). Jeder Schritt zwischen zwei Punkten ist die lange Seite eines Dreiecks: Er ist länger als die Strecke d, die du gegangen bist, und zwar umso mehr, je weiter die Punkte ausschlagen. Unten: eine simulierte gerade Wanderung im Gehtempo mit GPS-Fehlern von etwa 4 m, die langsam wandern, aufgezeichnet in verschiedenen Abständen. Je öfter eine App aufzeichnet, desto mehr Wackeln kommt pro Meter hinzu.

Forschende der Universität Salzburg haben das getestet. Eine Versuchsperson ging 25-mal um ein Quadrat mit 10 Metern Seitenlänge und nahm an Markierungen im Abstand von einem Meter jeweils einen Messwert auf. Per GPS gemessen, kamen die Schritte von 1 Meter im Mittel auf 1,2 Meter, die von 5 Metern auf 5,6. Das sind 10–20 % zu viel, auf einer Strecke, deren wahre Länge bekannt war. Ihre Arbeit zeigt auch den Grund: Werden die Punkte oft aufgezeichnet, macht der Messfehler eine GPS-Strecke im Mittel länger als die wirkliche.

Es geht auch andersherum. Zeichnet eine App nur ab und zu einen Punkt auf, schneiden die geraden Linien die Kurven ab, und die Strecke wird kürzer. Auch ein zu stark geglätteter Track schneidet sie ab, wie Abbildung 2 zeigt. Wie oft eine App aufzeichnet, entscheidet, welcher Effekt überwiegt.

Weg: 456 mPunkt alle 30 s: 366 mStark geglättet: 360 mKürzer um 20 % und 21 %,ganz ohne GPS-Fehler
Abbildung 2. Ein ausgedachter Zickzackweg einen Hang hinauf, ganz ohne GPS-Fehler. Ein GPS-Punkt alle 30 Sekunden, verbunden, oder jeder Punkt über eine halbe Minute mit seinen Nachbarn gemittelt: Beide Linien schneiden jede Kehre ab und fallen kürzer aus als der Weg. Deshalb darf das Bereinigen einen Track nicht zu stark glätten, und deshalb zeigt eine App manchmal weniger an als eine andere und manchmal mehr.

Auch im Stehen wächst die Strecke

Das Wackeln hört nicht auf, wenn du stehen bleibst. Machst du Mittagspause oder wartest du beim Laufen an einer Kreuzung, wandern die GPS-Punkte weiter um dich herum. Jeder kleine Sprung wird mit dem nächsten verbunden, und jeder zählt als Strecke, die du nie zurückgelegt hast.

Eine kurze Pause fügt wenig hinzu. Eine lange kann ein ganzes Gekritzel zeichnen. Auf einer Radtour, die ich aufgezeichnet habe, stand ich mehr als zwei Stunden still, das Handy lag ruhig da. Trotzdem wanderten seine GPS-Punkte weiter umher, bis zu etwa 60 Meter auseinander.

Warum zwei Apps nicht dasselbe zeigen

Zusammen lassen diese Effekte zwei Apps viel Spielraum für verschiedene Zahlen. Zwei Handys, oder ein Handy und eine Uhr, haben verschiedene GPS-Chips und Antennen, und sie stecken in verschiedenen Taschen. Die eine App zeichnet jede Sekunde einen Punkt auf, die andere alle paar Sekunden: Mehr Punkte bedeuten mehr Wackeln, weniger Punkte mehr abgeschnittene Kurven. Und jede App entscheidet selbst, welche Punkte sie verwirft, wie stark sie die Linie glättet und was sie tut, während du stillstehst.

Fitnessdienste sagen das selbst. Die Hilfeseiten von Strava etwa schreiben, dass jedes GPS-Gerät seine eigenen Daten aufzeichnet, selbst bei genau derselben Aktivität, und nennen als Gründe das Intervall, die Signalstärke und die GPS-Hardware. Eine Abweichung zwischen zwei Apps ist normal, und zwei Handys können beide einwandfrei arbeiten und trotzdem verschiedene Zahlen zeigen.

Wie Bereinigen die Mehrlänge herausnimmt

Näher an die wahre Strecke kommt eine App nur, wenn sie das Wackeln herausnimmt, bevor sie etwas addiert. Genau das macht walker mit einer Aufzeichnung. Andere Apps tun Ähnliches, jede auf ihre Weise.

Punkte weglassen, die nicht stimmen können

walker ignoriert einen GPS-Punkt, dessen Genauigkeit schlechter ist als die Schwelle unter Settings → Recording → GPS accuracy threshold (Einstellungen → Aufzeichnung → Schwelle für die GPS-Genauigkeit), 20 m, solange du nichts änderst. Ein Punkt, der weit außerhalb seiner angegebenen Genauigkeit liegt, etwa ein Sprung, den zu Fuß niemand schafft, gilt als Störung und fällt weg.

Mehr nutzen als die Position

Außer deiner Position misst der GPS-Chip auch, wie schnell und in welche Richtung du dich bewegst. Diese Messung hat eigene Fehler, unabhängig von denen der Position, und hilft deshalb, die Linie zwischen den verstreuten Punkten auf Kurs zu halten. Wo das Handy es zulässt, liest walker außerdem das Signal jedes einzelnen Satelliten, zusätzlich zu der Position, die das Handy daraus berechnet hat.

Den ganzen Track auf einmal betrachten

Nach der Wanderung sieht sich walker den Track vom Anfang bis zum Ende als Ganzes an. So wird jeder GPS-Punkt an denen davor und danach gemessen. Zeigen ein paar Punkte hintereinander, dass du stillstehst, behandelt walker diesen Abschnitt als einen einzigen Ort, und eine Mittagspause fügt dann fast nichts mehr hinzu.

Du siehst beides

walker behält beide Fassungen. In einer Aktivität zeigt Cleaned (bereinigt) den geglätteten Track und seine Gesamtwerte, Raw (roh) das, was das Handy aufgezeichnet hat. Die Gesamtwerte in deinem Verlauf sind die bereinigten.

Eine echte Radtour

Nimm die Radtour mit der langen Pause, gemessen auf jede Art, die walker kennt:

Niemand hat diese Tour mit einem Maßband nachgemessen, eine exakte Antwort gibt es also nicht. Aber die letzten drei Werte, einer davon allein aus der Geschwindigkeit, liegen innerhalb von 2 % beieinander. Der rohe Track ist 2–4 % länger als jeder von ihnen.

Auch Bereinigen kann schiefgehen. walkers erster Versuch mit den Signalen der einzelnen Satelliten kam für diese Tour auf 6,98 km, mehr als der rohe Track. Er vertraute diesen Signalen zu sehr, und ihre langsam wandernden Fehler zogen den Track hin und her. Seit ich sie vorsichtiger gewichte, passt die Tour wieder zu den anderen Werten. Die Lehre gilt für jede App: Zusätzliche Daten helfen nur, wenn du weißt, wie sehr du ihnen glauben kannst. Wie diese Tour von der Entwicklungsseite aussieht, steht in GPS-Tracks glätten mit einem Faktorgraphen.

Was du tun kannst

Bei der Höhe gibt es dasselbe Problem, und zwar noch stärker: mehr dazu in warum jede App andere Höhenmeter zeigt.

Auf den Meter genau misst GPS eine Wanderung nie. Aber wenn du weißt, woher die zusätzliche Strecke kommt, weißt du auch, welcher Zahl du glauben kannst und warum die App deiner Begleitung etwas anderes anzeigt.

walker Zeichnet Spaziergänge, Wanderungen und Radtouren mit Offline-Karten auf. Nichts verlässt dein Handy. Bald bei Google Play.