Das große Laufbuch der Trainingspläne

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Wissenschaftler der Universität Salzburg haben eine nicht uninteressante Entdeckung gemacht, die auch Läufer und Triathleten betreffen.

Die Forscher ermittelten einen systematischen Fehler bei GPS-Positionsmessgeräten, der zu einer zu großen Entfernungsberechnung führt.

Vielen Läufern war diese Erkenntnis bereits aus bisherigen Erfahrungen klar, doch die Salzburger Wissenschaftler konnten den Unterschied mit einer Formel gezielt berechnen.

Wie funktioniert GPS?

Die Positionsbestimmung via GPS (Global Positioning System) bedient sich der Methode der Triangulation. Voraussetzung ist die Position von Referenzobjekten: den Satelliten. Zur Bestimmung des zweidimensionalen Standortes eines Objekts werden mindestens drei Bezugspunkte (= Satelliten) benötigt. Zur Erfassung des aktuellen Aufenthaltes wird mit Kugeln und deren Schnittmengen gearbeitet. In der Abbildung signalisiert der gelbe Punkt die aktuelle Position des Messobjektes. Die drei Kreise bzw. Kugeln zeigen den Abstand des Objektes zu den Satelliten. Der berechnete Standort ist jener, an denen sich alle drei Kreise kreuzen. Ein vierter Satellit wird zur Berechnung der Höhe benötigt. Mittels im Messobjekt integrierten Recheneinheiten wird der Abstand zwischen dem Objekt und den Satelliten berechnet. Damit wird eine exakte Positionsberechnung bis auf wenige Meter Genauigkeit ermöglicht. Um die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung bestimmen zu können, werden in bestimmten zeitlichen Abständen Positionsmessungen vorgenommen und die Werte miteinander verglichen.

Positionsbestimmung via GPS in der Ebene (nach Ripken & Nini, 2005, S. 6)

Im Ausdauersport werden Satellitendaten zur Distanzmessung herangezogen. Eingesetzt werden in der Regel Laufuhren oder Smartphone-Apps. 92 % der HDsports-User verwenden ein GPS-fähiges Aufzeichnungsgerät (75 % GPS-Uhr, 17 % Smartphone-App).

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Messfehler gleicht sich nicht aus

Was war nun deren Erkenntnis aus der Untersuchung? Die Entfernung zwischen zwei Positionen mit zufällig verteilten Messfehlern war im Durchschnitt länger als zwischen zwei Positionen ohne Messfehler. Wird beim Laufen oder Radfahren gemessen, tritt genau dieses Phänomen auf, da die Positionen nicht exakt da sind wo sie tatsächlich sind. Bisher hatte man angenommen, das sich allerdings dieser Fehler ausgleicht, da der Messfehler manchmal zu einer kürzeren und manchmal zu einer längeren Distanzmessung führt. Fakt ist allerdings, das sich die Abweichungen nicht ausgleichen.

Da es sich allerdings um einen systematischen Fehler handelt, der vom Gerät, vom Empfang, der Satelliten-Positionen und den Witterungsbedingungen abhängt, könne diese Fehler mit einer entwickelten Formel berechnet werden. In deren Untersuchung stellte das Team um Peter Ranacher Abweichungen von bis 15 % fest.

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Grafik: Ripken, H. & Nini, Y. (2005). Schulinformation Raumfahrt: Navigation. Materialen für den naturwissenschaftlichen Unterricht, Ausgabe 1. Troisdorf: Bildungsverlag EINS GmbH.
Quelle: International Journal of Geographical Information Science


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Kommentare   

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[quote name="Gerhard87"] Wenn die idealen Punkte alle auf einer Geraden liegen, gleichen sich zu "zu weit vorne" und "zu weit hinten" schon aus, nicht aber "zu weit links" und zu "zu weit rechts". Es entsteht eine Zick-Zack-Linie und die ist nun mal länger als eine Gerade.
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@Peter
bei kurvenreichen Strecken zeigt mir die Laufuhr immer zu viel an - aus meinen bisherigen Erfahrungen. Sowohl auf der Laufbahn als auch auf der Straße.
Bei sehr geraden Kursen ist die Differenz zur Realität sehr gering, es sei denn die GPS-Qualität ist durch Witterungen eine schlechte.

Soweit ich das aber verstanden habe, geht es bei der Salzburger Untersuchung, ja genau um die Entfernung zwischen den einzelnen Positionen. Die einzelnen Messfehler gleichen sich da nicht aus, wird geschrieben. Wieso das der Fall ist, habe ich allerdings nicht ganz verstanden.

Ich denke mal die Probleme lassen sich einersetzt durch eine höhere Aufnahmefrequenz erhöhen (GPS hat ja 1Hz, mit Verstärkerung bis zu 10 oder 15) oder durch eine Verbesserung der Technik..
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Die im zitierten Artikel gemachten Ausführungen beziehen sich auf die Ermittlung einer einzelnen Position. Für die Entfernung kommt es aber auf den Abstand zwischen vielen Postionen an. Wenn sich dieses annähernd auf eine Gerade liegen, gleichen sich die Fehler nicht aus, sondern ergeben ein, etwas länger, Zick-Zack-Linie. Bei einer kurvenreichen Strecke hingegen, werden häufig die Scheitelpunkte nicht erfasst und somit die Kurven abgeschnitten. Dann ergibt die Systematik der Messung in diesem Szenario eher ein zu kurze Entfernung. So entspricht das auch meinen Beobachtungen in der Praxis.
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Das sollte man mal den Läufern erzählen, die nach Wettkämpfen die Wettkampfdistanz anzweifeln, weil ihr tollte Uhr 100 Meter mehr gemessen hat :D
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@Andrea
steht doch eh unter dem Artikel
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Gibts einen Link zur Studie?
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Hat mich nie gewundert. Bei mir wird v.a. bei kurvenreichen Strecken nicht ganz genau gemessen.
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