Welche Laufuhr hat das beste GPS und wie kann die Genauigkeit verbessert werden?

Bei Sportuhren und Laufuhren wird die Distanz über GPS gemessen.

Es gibt zwar auch andere Methoden, die Distanz zu bestimmen, bei Sportuhren hat sich allerdings die GPS-Aufzeichnung unangefochten als die optimale Messmethode etabliert.

Denn die GPS-Aufzeichnungen lässt sich bei Uhren ohne zusätzliches Gerät sehr genau und zuverlässig aufzeichnen, auch wenn es "theoretisch" andere Möglichkeiten gäbe, die Distanz noch genauer zu berechnen.

HDsports gibt in diesem Artikel einen Überblick, wie beim Laufen die Distanz gemessen werden kann, wie die GPS-Messung funktioniert und welche Laufuhren die besten bzw. zuverlässigsten GPS-Ergebnisse liefern.

Welche Möglichkeiten zur Distanzmessung gibt es?

1) GPS-Messung

Die seit vielen Jahren bewährte Technologie zur Distanzmessung bei Sportuhren ist die GPS-Messung. Diese Technologie wird auch in naher Zukunft unangefochten sein. Denn sie bildet den optimalen Kompromiss zwischen einer einfacher Umsetzung und genauen Ergebnissen.

Die Positionsbestimmung mittels GPS wird durch die Methode der Triangulation ermöglicht. Zur Bestimmung des Standortes werden mindestens drei Bezugspunkte benötigt. Diese Bezugspunkte sind die Satelliten. Um den aktuellen Aufenthalt zu ermitteln, wird nun mit Kugeln und Schnittmengen gearbeitet. Dort wo sich die drei Kreise der Bezugspunkte kreuzen, befindet sich der aktuelle Standort (vereinfacht gesagt). Zur Berechnung der Höhe wird ein vierter Satellit benötigt.

Diese Methode ermöglicht eine Positionsbestimmung, die bis auf wenige Meter genau ist. Um nun Geschwindigkeiten und Bewegungen zu messen, werden in sehr kurzen zeitlichen Abständen die Positionsbestimmungen vorgenommen (mehrmals pro Sekunde). So kann beim Laufen die Distanz und das Tempo aufgezeichnet werden.

Detaillierter ist die Messmethode hier erklärt: Wieso GPS-Geräte immer zu viel Distanz messen?

2) Schrittzähler bzw. Sensor im Schuh

Ein Sensor im Schuh kann u.a. anhand der Anzahl der Bodenkontakte die Distanz schätzen. Bei guter Kalibrierung können diese durchaus gute Resultate liefern. Bewährt hat sich vor allem der Styrd-Footpod.

3) Rundenzähler bzw. Laufen auf genormter Strecke

Beim Laufen auf der Laufbahn oder auf abgemessenen Strecken benötigt es keinerlei technische Geräte. Auf einer 400-Meter-Rundbahn beträgt die Distanz immer 400 Meter bzw. in der Realität meist etwas mehr, da der Läufer nie die Originallinie hundertprozentig korrekt laufen kann.

Laufuhren messen übrigens auf Rundbahnen meist "minimal" längere Distanzen. Der Grund wird etwas weiter unten im Artikel erklärt.

4) Radiowellenbasierte Messung

Beim Laufen in der Natur gänzlich ungeeignet.

Radiowellenbasierte Messungen werden aber bei Spielsportarten, wie z.B. beim Fußball (Spitzensport) eingesetzt. Dazu werden um das Spielfeld Stationen aufgebaut, die anhand von Radiowellen mehrmals pro Sekunde den Standort des Spielers empfangen. Die Spieler benötigen dazu ein spezielles Messgerät. Durch die Positionsveränderungen, die quasi im Hundertstel-Takt registriert werden, kann eine enorme Anzahl von Leistungsdaten ermittelt werden.

Durch solche Systeme werden u.a. Geschwindigkeiten und Beschleunigungen extrem genau gemessen. Zudem sind die Systeme unabhängig vom Wetter, denn bei der GPS-Messung kann starke Bewölkung oder Regen die Qualität negativ beeinflussen.

Auch mit sündhaft teuren kamerabasierten Systemen werden mittlerweile im Spitzensport Leistungsdaten aufgezeichnet.

Wie funktioniert die GPS-Messung beim Laufen und welche Unterschiede gibt es?

Mehrmals pro Sekunde wird über die oben beschrieben Methode der aktuelle Standort ermittelt. Die Genauigkeit wird aber nicht nur durch die Messanzahl pro Zeiteinheit (z.B. 10 Positionsbestimmungen pro Sekunde) beeinflusst, sondern auch durch den verwendeten Empfänger. Zweiteres ist sogar noch entscheidender bei der Qualität der Positionsbestimmung.

Wenn der Empfänger alle Signale verarbeiten kann, führt das zu einer Bestimmung der Position fast auf den Zentimeter genau. Solche Systeme sind aber für Laufuhren viel zu teuer, weshalb diese dafür keine Anwendung finden. Zumal diese Empfänger ohnehin zu groß für die Uhr sind.

Zentimetergenaue Empfänger kommen z.B. in vielen beruflichen Prozessen zum Einsatz, wie etwa in der Landwirtschaft bei selbstfahrenden Maschinen, die einen zentimetergenauen Anbau auf den Ackerflächen umsetzten müssen.

Welche Satellitensysteme werden genutzt?

Je mehr Satelliten zur Berechnung genutzt werden, desto höher ist in der Regel die Genauigkeit der Aufzeichnung. Moderne Geräte können mittlerweile auf mehrere Systeme gleichzeitig zugreifen. Optional aktivieren lassen sich zumeist:

• Glonass
• Galileo

Durch sekundäre Satellitensysteme können u.a. GPS-Drifts (Erklärung dazu weiter unten) verhindert werden.

Barometrische Sensoren verbessern zudem die Genauigkeit bei der Bestimmung der aktuellen Höhe.

Was ist Multiband-GPS und welche Vorteile und Nachteile hat diese Methode?

Garmin bewirbt einige ihrer Produkte mit Multiband-Funktionen (Multi-GNSS). Das soll die Standortgenauigkeit optimieren.

Durch Multi-Frequenz-Systeme soll die Streckenaufzeichnung vor allem in Regionen mit hoher Störanfälligkeit optimiert werden. Zudem kann sich die Genauigkeit der Positionsbestimmung um etwa einen Meter verbessern. Von +/- 3 Meter auf +/- 2 Meter.

Bei dieser Methode nutzt der Empfänger mehrere Funksignale von den Satelliten auf unterschiedlichen Frequenzen. Dadurch soll die Fehleranfälligkeit reduziert werden.

Einziger Nachteil dieser Methode: Die Akkubelastung wird erhöht. Demnach kann diese Option vom Benutzer optional aktiviert oder deaktiviert werden.

Haben Smartphone-Apps oder Sportuhren eine höhere GPS-Genauigkeit?

Die Tendenz spricht unserer Erfahrung nach eher für Laufuhren. Diese liefern zumeist zuverlässigere Daten.

Wer mit der Smartphone-App misst, der muss zwei Faktoren berücksichtigen, die die Genauigkeit massiv beeinflussen: Das Gerät (also das Smartphone) und die App. Oft ist es so, dass die Empfänger im Smartphones deutlich minderwertiger sind, als die in Sportuhren. Zuverlässige Distanzaufzeichnungen sind demnach bei vielen Geräten nicht möglich, egal welche App genutzt wird.

Bei der Uhr ist es nur ein Faktor: Nämlich die Uhr selbst. Da ist die Zuverlässigkeit u.a. von der Anzahl der Satellitensysteme abhängig (siehe oben) und wie oft pro Zeiteinheit die Position bestimmt wird. Natürlich haben auch Uhren unterschiedliche Empfänger. Diese sind bei der Zuverlässigkeit allerdings deutlich weniger schwankend als bei Smartphones.

Moderne Uhren bieten übrigens in ihren Einstellungen Möglichkeiten an, die GPS-Genauigkeit zu optimieren, womit wir zum nächsten Punkt kommen. 

Die Akkulaufzeit mit GPS

Bei großen Herstellern, wie etwa bei Garmin, kann eingestellt werden ob Multiband-GPS genutzt werden soll oder nicht und ob die Positionsbestimmung sehr häufig durchgeführt werden soll oder in einer durchschnittlichen Frequenz. Diese Einstellungen beeinflussen die Akkulaufzeit der Uhr. Multiband-GPS benötigt mehr Akkuleistung, genauso wie die erhöhte Häufigkeit der Positionsbestimmungen. Dadurch wird die GPS-Zuverlässigkeit optimiert, die Akkudauer aber reduziert.

Bei kurzen Laufeinheiten ist es durchaus sinnvoll, die Einstellungen so zu wählen, dass die bestmöglichen Resultate geliefert werden. Bei sehr langen Aktivitäten, wie etwa bei Ultraläufen, Mehrtagestouren oder Gebirgswanderungen, reichen einfache Einstellungen, die die Akkulaufzeit hingegen erhöhen.

Laufuhren mit GPS und Musik

Es gibt Sportuhren mit integriertem Musikplayer. Dieser Player beeinflusst nicht die Qualität der GPS-Aufzeichnung, aber die Dauer der Akkulaufzeit.

Vor allem eine Kombination aus Multiband-GPS, häufiger Positionsbestimmung und Musik führt zu einer intensiven Akkunutzung.

Laufuhren mit GPS und Navigation

Viele Multisportuhren sind mit einem Navigationssystem, teilweise sogar mit integrierten Karten, ausgestattet. Dadurch ist es möglich, sich während einer Aktivität durch eine vorab definierte Route zu navigieren.

Eine aktivierte Navigation hat ebenfalls einen Einfluss auf die Akkulaufzeit, allerdings in geringerem Maße als der aktivierte Musikspeicher.

Wieso misst die GPS-Uhr ungenau?

Neben einem minderwertigen Empfänger, der Nutzung weniger Satelliten oder der zu geringen Frequenz an Positionsbestimmungen, gibt es noch andere Faktoren, die die GPS-Genauigkeit negativ beeinflussen können. Diese können grundsätzlich bei allen Geräten auftreten. Das sind u.a.

• GPS-Drifts: Das ist die Distanz zwischen dem aktuellen Standort und dem, was der GPS-Empfänger ermittelt. Dieser Drift beträgt bei hochwertigen Uhren rund 2 - 3 Meter. Je hochwertiger der Empfänger ist, desto geringer ist der GPS-Drift.
• Multipath Error: GPS-Signale werden u.a. durch Häuser oder Bäume abgelenkt bzw. reflektiert. Das führt in der Folge zu Positionssprüngen und Fehlern bei der Berechnung. Hochwertige Sportuhren gleichen solche Positionssprünge allerdings automatisiert aus. Multiband-GPS kann diese Gefahrenquelle ebenfalls reduzieren.
• Wetter: Starke Bewölkung, Regen oder Stürme können die GPS-Qualität beeinflussen. Mittlerweile aber nur noch in geringem Maße.
• Viele Kurven: Auf Strecken mit vielen Kurven messen GPS-Geräte zumeist etwas zu viel Distanz. Wieso das so ist, haben wir hier erklärt: Wieso GPS-Geräte immer zu viel Distanz messen? Aber auch da hat sich in den letzten Jahren die Ungenauigkeit dank modernerer Sportuhren erheblichst reduziert.

Welche Sportuhren haben die beste GPS-Genauigkeit?

Es gibt leider kaum zuverlässige Vergleiche. Grundsätzlich hat der Nutzer selbst die Möglichkeit die GPS-Genauigkeit zu optimieren, indem die Einstellungen optimiert werden.

Durch Uhren mit Multiband-Frequenz kann die Genauigkeit weiter gesteigert werden. Multiband-GPS wird u.a. bei der Garmin fenix 7 oder der Garmin Forerunner 965 angeboten.

Aus unseren langjährigen Erfahrungen mit Sportuhren können wir aber folgendes feststellen:

• Die Dauer, bis ein GPS-Signal gefunden wird, beträgt mittlerweile bei modernen Uhren nur wenige Sekunden. Früher waren das oftmals sogar Minuten, vor allem Garmin-Modelle hatten da ihre Schwächen.
• Positionssprünge treten vor allem bei Laufuhren deutlich weniger oft auf, als in der Vergangenheit. Smartphones bzw. Smartphone-Apps sind bei dieser Problematik etwas unzuverlässiger.
• Bei der Genauigkeit der Positionsbestimmung (GPS-Drifts) ist vor allem Garmin herausragend, aber auch Uhren von Polar und Coros können zumeist überzeugend. Suunto hatte uns bei einigen Tests weniger überzeugt und lieferte teilweise weniger realistische Resultate.
• Bei älteren Modellen war es oftmals so, dass vor allem auf den ersten ein bis zwei Kilometern völlig unrealistische Daten aufgezeichnet wurden (Positionssprünge), auch da hat sich die Fehleranfälligkeit reduziert. Vor allem einige Polar-Modelle hatten hier Probleme verursacht, wie etwa die Polar Vantage M.

Zusammengefasst finden wir Sportuhren von Garmin bei den GPS-Daten eine Spur besser, als die großen Kontrahenten Polar und Coros. Zuverlässig sind aber mittlerweile fast alle etablierten Sportuhren-Marken. Die Unterschiede bei der Genauigkeit sind mittlerweile nur noch marginal.

Günstige GPS-Laufuhren und Sportuhren ohne Handy

Zur Übersicht an hochwertigen GPS-Laufuhren im Preisbereich bis zu € 250: Günstige GPS-Laufuhren

Grafik: Ripken, H. & Nini, Y. (2005). Schulinformation Raumfahrt: Navigation. Materialien für den naturwissenschaftlichen Unterricht, Ausgabe 1. Troisdorf: Bildungsverlag EINS GmbH.

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